Identificação de novos genes associados com alginato de Produção em<em> Pseudomonas aeruginosa</em> Usando Mini-<em> Himar1</em> Mutagênese Mariner Transposon mediada
Summary
Aqui nós descrevemos um protocolo com o marinheiro mutagênese mini-himar1 mediada por transposon para gerar uma biblioteca de mutantes de inserção de alta densidade para a tela, isolar e identificar novos reguladores de alginato no protótipo PAO1 cepa Pseudomonas aeruginosa.
Abstract
Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria Gram-negativa, do meio ambiente com as capacidades metabólicas versáteis. P aeruginosa é uma bactéria patogênica oportunista que estabelece infecções pulmonares crônicas em pacientes com fibrose cística (FC). O excesso de produção de um polissacarídeo capsular chamado alginato, também conhecido como mucoidy, promove a formação de biofilmes mucóides que são mais resistentes que as células planctônicas a quimioterapia antibiótico e as defesas do hospedeiro. Além disso, a conversão do nonmucoid para fenótipo mucóide é um marcador clínico para o início da infecção crónica em CF. Superprodução alginato por P. aeruginosa é um processo endergonic que tributa pesadamente energia celular. Portanto, a produção de alginato é altamente regulado em P. aeruginosa. Para compreender melhor regulação alginato, nós descrevemos um protocolo utilizando a mutagénese de transposões mini-himar1 para a identificação de novos regulador alginatos em um PAO1 cepa protótipo. O processo consiste em duas etapas principais. Em primeiro lugar, nós transferimos o transposon mini-himar1 (PFAC) do host E. coli SM10/λpir em destinatário P. aeruginosa PAO1 por conjugação entre parentes para criar uma biblioteca de mutantes de inserção de alta densidade, que foram seleccionados em placas de agar de isolamento Pseudomonas suplementado com gentamicina. Em segundo lugar, nós analisamos e isoladas as colónias mucóides para mapear o local de inserção por meio de PCR inversa utilizando iniciadores de ADN que apontam para fora a partir da cassete de gentamicina e sequenciação de ADN. Usando este protocolo, foram identificados dois reguladores novas alginato, Muce (PA4033) e kinB (PA5484), em PAO1 tensão com um tipo selvagem Muca que codifica o fator anti-sigma MUCA para o alginato regulador mestre Algu (ALGT, σ 22) . Este protocolo de mutagénese de alto rendimento podem ser modificados para a identificação de outros genes de virulência causando alterações no colomorfologia ny.
Introduction
A capacidade do oportunista, patógeno Gram-negativa Pseudomonas aeruginosa a produzir alginato é um fator importante na sua capacidade de estabelecer um biofilme. A superprodução de alginato é um fenótipo muitas vezes referida como mucoidy. O isolamento das colônias mucóides de amostras de escarro de indivíduos que sofrem de fibrose cística (FC) é indicativo de uma infecção crônica, e está diretamente associado a um declínio geral na saúde do paciente 1. Atualmente, entende-se que a regulamentação e produção de alginato em P. aeruginosa ocorre principalmente em dois operões. O primeiro é o operon biossintética alginato, que contém 12 genes (algD – alg8 – alg44 – algK – Alge – algG – algX – algL – ALGI – algJ – algF – alga) que são responsáveis pela síntese e exportação do polímero alginato através periplasma para o Environme extracelularnt 2-5. A segunda operon é um conjunto de genes que começa com o fator sigma alternativo Algu / T e continuando com Muca, mucB e mucD. Algu / T é um regulador positivo, enquanto mucAB-D são classificados como reguladores negativos da produção de alginato de 6-8. Além disso, reguladores de transcrição, tais como ALGB, AlgQ, AlgR, e RPON, bem como pós-transcricional e modificação pós-tradução pela repressão catabólica de controlo, a actividade da cinase (KinB) e proteólise intramembrane, têm também sido mostrado para ser envolvido em alginato regulação 9-14.
O vetor de transposon mini-himar1 conhecido como PFAC foi originalmente criado em laboratório Dr. Mekalanos 'na Harvard Medical School 15. O plasmídeo PFAC consiste de um elemento transponível flanqueado por duas repetições invertidas de 27 pb e uma cassete de resistência à gentamicina no meio (aacC1: 534 pb), um gene que codifica para a hyperactive transposase marinheiro 16, e um gene que codifica a β-lactamase (bla) (Figura 1). A informação da sequência para o elemento transponível de PFAC está disponível com o número de acesso do GenBank: DQ366300 13. Em PFAC, há um local de clonagem múltipla (MCS) atrás do gene aacC1 que é utilizado para a identificação do local de inserção cromossómico utilizando PCR inversa. Uma grande vantagem com o uso do transposon mini-himar1 há fatores do hospedeiro específicas são necessárias para a transposição (mutagênese). Além disso, existe uma grande abundância de sítios de inserção dinucleotidicos TA encontrados em todo o genoma de P. aeruginosa. Por exemplo, locais de inserção dinucleotide TA ocorre 94.404 e 100.229 vezes no PAO1 (6.264.404 bps, GenBank número de acesso NC_002516.2) e PA14 (6.537.648 bps; número de acesso GenBank NC_008463) genomas, respectivamente. Devido à abundância de TA dinucleotide no genoma, mini-himar1 </em> Transposão pode causar a maior densidade e mutagénese aleatória, que é particularmente adequada para a análise de genes de virulência e os genes que são altamente regulados. Teoricamente, o transposão mini-himar1 pode inserir qualquer gene não essencial no genoma de P. aeruginosa. Isto fornece cerca de 18 locais de inserção TA por quadro de leitura aberta no genoma PAO1.
Aqui, nós descrevemos um protocolo usando a mutagênese mediada por transposon mini-himar1 para identificar novos reguladores de mucoidy em P. aeruginosa. Mais especificamente, o vector biparentally conjugado PFAC contendo um transposão mini-himar1 de E. coli SM10/λpir no PAO1 tensão prototrófico nonmucoid. Após o transposão está integrado no genoma, a estirpe receptora é cultivado em Pseudomonas isolamento de agar (AIP) contendo triclosan, que inibe o crescimento de E. coli. Assim, uma biblioteca de mutantes de <em> P. aeruginosa podem ser seleccionados pelo crescimento na placa PIA suplementado com gentamicina e a presença do fenótipo mucóide. Note-se, um contra um mutante integração mediada por transposon verdadeiro terá um fenótipo resistente e sensível à carbenicilina gentamicina. Neste estudo, aproximadamente 80.000 mutantes de inserção de PAO1 foram isolados por meio de quatro conjugações separadas. Em seguida, rastreados para isolados mucóides, e determinado o local de inserção por digestão com enzimas de restrição, ligação e PCR inversa. Foram realizadas análises de Southern blot utilizando a cassete de resistência a gentamicina como uma sonda para ver o número de inserção por genoma. Determinou-se que mais de 90% de mutantes obtidos por conjugação utilizando este protocolo tinha uma única cópia do himar1 no genoma e exibido o fenótipo de resistência à carbenicilina e sensíveis à gentamicina. Foi identificado um total de 32 isolados mucóides, 22 deles foram mapeados para diferentes loci da P. aeruginosa PAO1cromossomo. Esta taxa de inserção fornece uma cobertura adequada para identificar vários novos reguladores de superprodução alginato.
Protocol
Representative Results
Discussion
É importante notar que este método pode ser utilizado em outras espécies de Pseudomonas com essas alterações: incubar P. e P. fluorescens putida a 30 ° C, e P. stutzeri a 42 ° C; p stuzeri devem ser cultivadas em placas de LB suplementadas com 150 ug / ml de gentamicina; no passo 1.11, P. células stutzeri deve ser transferido para 500 mL de LB em vez de 1 ml. Para além disso, existem dois passos críticos para este protocolo. Em primeiro lugar, a es…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo Aeronautics and Space Administration West Virginia Space Grant Consortium Nacional (NASA WVSGC), Cystic Fibrosis Foundation (CFF-YU11G0) e NIH P20RR016477 e P20GM103434 à Rede IDeA West Virginia for Biomedical Research Excellence. Agradecemos Vonya M. Eisinger para a assistência técnica com este trabalho.
Materials
| Luria Broth | Difco | 240230 | via Fisher Scientific |
| Pseudomonas isolation agar | Difco | 292710 | via Fisher Scientific |
| Small Plates (100 O.D. x 10 mm) | Fisher Scientific | 08-757-13 | |
| Large Plates (150 O.D. x 15 mm) | Fisher Scientific | 08-757-14 | |
| Glycerol | Fisher Scientific | BP229-4 | |
| Benchtop Shaking Incubator | New Brunswick Scientific | Innova 4080 | shake at 200 rpm |
| Cabinet Incubator | VWR | 1540 | |
| Benchtop Microcentrifuge | Sorvall | 75-003-287 | via Fisher Scientific |
| SmartSpec Plus Spectrophotometer | Bio-Rad | 170-2525 | or preferred method/vendor |
| Diposable Inoculation Loops | Fisher Scientific | 22-363-597 | |
| 1.5 mL Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
| 2.0 mL Cryogenic Vials | Corning | 430659 | via Fisher Scientific |
| 15 mL Tubes | Fisher Scientific | 05-539-12 | |
| Skim Milk | Difco | DF0032-17-3 | via Fisher Scientific |
| DNeasy Blood and Tissue (250) | Qiagen | 69506 | or preferred method/vendor |
| QIAquick PCR Purification Kit (250) | Qiagen | 28106 | or preferred method/vendor |
| QIAprep Spin Miniprep Kit (250) | Qiagen | 27106 | or preferred method/vendor |
| FastLink II DNA Ligation Kit | Epicentre Technologies | LK6201H | via Fisher Scientific |
| Accu block Digital Dry Bath | Labnet | NC0205808 | via Fisher Scientific |
| Sal1, restriction endonuclease | New England BioLabs | R0138L | |
| EasyStart Micro 50 | Molecular BioProducts | 6020 | via Fisher Scientific |
| Taq DNA Polymerase | New England BioLabs | M0267L | |
| iCycler, Thermocycler | Bio-Rad | 170-8740 | |
| LE agarose | Genemate | 3120-500 | via Fisher Scientific |
| Gentamycin Sulfate | Fisher Scientific | BP918-1 | |
| 2.0 mL Cryogenic Vials | Corning | 430659 | via Fisher Scientific |
References
- Govan, J. R., Deretic, V. Microbial pathogenesis in cystic fibrosis: mucoid Pseudomonas aeruginosa and Burkholderia cepacia. Microbiol. Rev. 60, 539-574 (1996).
- Chitnis, C. E., Ohman, D. E. Genetic analysis of the alginate biosynthetic gene cluster of Pseudomonas aeruginosa shows evidence of an operonic structure. Mol. Microbiol. 8, 583-593 (1993).
- Franklin, M. J., et al. Pseudomonas aeruginosa AlgG is a polymer level alginate C5-mannuronan epimerase. J. Bacteriol. 176, 1821-1830 (1994).
- Franklin, M. J., Ohman, D. E. Mutant analysis and cellular localization of the AlgI, AlgJ, and AlgF proteins required for O acetylation of alginate in Pseudomonas aeruginosa. J. Bacteriol. 184, 3000-3007 (2002).
- Deretic, V., Gill, J. F., Chakrabarty, A. M. Gene algD coding for GDPmannose dehydrogenase is transcriptionally activated in mucoid Pseudomonas aeruginosa. J. Bacteriol. 169, 351-358 (1987).
- Mathee, K., McPherson, C. J., Ohman, D. E. Posttranslational control of the algT (algU)-encoded sigma22 for expression of the alginate regulon in Pseudomonas aeruginosa and localization of its antagonist proteins MucA and MucB (AlgN).. J. Bacteriol. 179, 3711-3720 (1997).
- Boucher, J. C., Schurr, M. J., Yu, H., Rowen, D. W., Deretic, V. Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis: role of mucC in the regulation of alginate production and stress sensitivity. Microbiology. 143, 3473-3480 (1997).
- Martin, D. W., Holloway, B. W., Deretic, V. Characterization of a locus determining the mucoid status of Pseudomonas aeruginosa: AlgU shows sequence similarities with a Bacillus sigma factor. J. Bacteriol. 175, 1153-1164 (1993).
- Damron, F. H., Goldberg, J. B. Proteolytic regulation of alginate overproduction in Pseudomonas aeruginosa. Mol. Microbiol. 84 (4), 595-607 (2012).
- Browne, P., Barret, M., O’Gara, F., Morrissey, J. P. Computational prediction of the Crc regulon identifies genus-wide and species-specific targets of catabolite repression control in Pseudomonas bacteria. BMC Microbiol. 10, 300 (2010).
- Damron, F. H., Qiu, D., Yu, H. D. The Pseudomonas aeruginosa sensor kinase KinB negatively controls alginate production through AlgW-dependent MucA proteolysis. J. Bacteriol. 191, 2285-2295 (2009).
- Damron, F. H., et al. Analysis of the Pseudomonas aeruginosa regulon controlled by the sensor kinase KinB and sigma factor RpoN. J. Bacteriol. 194, 1317-1330 (2012).
- Qiu, D., Eisinger, V. M., Rowen, D. W., Yu, H. D. Regulated proteolysis controls mucoid conversion in Pseudomonas aeruginosa. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 8107-8112 (2007).
- Schurr, M. J. Which bacterial biofilm exopolysaccharide is preferred, Psl or alginate. J. Bacteriol. 195, 1623-1626 (2013).
- Wong, S. M., Mekalanos, J. J. Genetic footprinting with mariner-based transposition in Pseudomonas aeruginosa. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 10191-10196 (2000).
- Lampe, D. J., Akerley, B. J., Rubin, E. J., Mekalanos, J. J., Robertson, H. M. Hyperactive transposase mutants of the Himar1 mariner transposon. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96, 11428-11433 (1999).
