Cins Magnetospirillummagnetotactic bakteri büyüyen: suşları MSR-1, AMB-1 ve MS-1
Summary
Biz birkaç soy-in Magnetospirillum iki farklı büyüme ortamının içinde büyüyen bir yordam mevcut. M. magneticum zorlanma AMB-1 ve M. magnetotacticum zorlanma MS-1 sıvı ortamda yetişir iken Magnetospirillum gryphiswaldense zorlanma MSR-1 yarı katı ortam sıvı ve O2 konsantrasyon gradyanı yetişir.
Abstract
Magnetotactic bakteri gram-negatif, hareketli, esas olarak su prokaryotlarda her yerde birden bulunan tatlı su ve deniz yaşam alanları vardır. Onlar içinde lipid bilayer membran tarafından çevrili manyetik nanometre boyutunda kristalleri manyetit (Fe3O4) veya greigite (Fe3S4) olan biomineralize magnetosomes kendi yeteneği ile karakterizedir onların sitoplazma. En bilinen magnetotactic bakteri için magnetosomes zincirleri böylece hücrelere bir kalıcı manyetik dipol an veriyor ve onları pasif dış manyetik alanlar ile hizalamak neden sitoplazma içine monte edilir. Bu özellikleri nedeniyle, magnetotactic bakteri ticari ve tıbbi uygulamalar için büyük bir potansiyele sahip. Ancak, çoğu türler da mikroaerofilik ve onları düzenli olarak pek çok diğer bakteri Escherichia coligibi daha büyümek daha zor hale belirli O2 toplama gereksinimleri vardır. Burada üç magnetotactic bakteri, tüm Magnetospirillumait en çok çalışılmış suşlarının büyüyen için detaylı protokolleri mevcut. Bu yöntemler bakteri için normalde büyümek ve magnetosomes sentez sağlamak için kullanılabilir O2 konsantrasyonu kesin kontrol için olanak sağlar. Magnetotactic bakteriler bu yordamları kullanarak daha fazla çalışmalar için büyüyen mikrobiyoloji uzmanı olmak deneyci gerektirmez. Büyüme medya kimyasal bileşimi değiştirilmesi gerekecektir olasılığı olmasına rağmen bu makalede sunulan genel yöntemleri yalıtmak ve diğer magnetotactic bakteri kültürü için de kullanılabilir.
Introduction
Magnetotactic bakteri (MTB) gram-negatif prokaryot tatlı su ve deniz sucul yaşam alanları1‘ her yerde geniş bir temsil eder. Bu bakterilerin içine zincirleri hücrelere toplandı çoğu durumda olan manyetit (Fe3O4) veya greigite (Fe3S4), oluşan manyetik kristalleri üretmek için yetenek paylaşmak. Bu belirli yapısal motifi hem sitoplazmada bakteri ve her kristal2çevreleyen lipid membran üzerinde hareket birkaç spesifik proteinlerin varlığı nedeniyle var. Her bireysel kristal ve onun çevresindeki zar vezikül bir magnetosome denir ve yaklaşık 30 büyüklükleri ile 50 arasında değişen Magnetospirillum türler3nm. Magnetosomes zinciri düzenleme nedeniyle, bu bakterilerin onları pasif dışarıdan uygulanan manyetik alanlarıyla hizalamak yapan kalıcı bir manyetik dipol an sahip. Bu nedenle, bu bakterilerin yüzmek aktif kundağı mikro-pergel muhtemelen için daha etkili bir şekilde en uygun koşullarda bulmak olarak hareket manyetik alan çizgileri (Örn., O2 konsantrasyonu) büyüme için.
MTB ilginç bir özelliği hem Kimya hem de onların magnetosome kristalleri kristalografisi düzenleyen onların yeteneğidir. Çoğu suşları nispeten yüksek saflıkta kristalleri manyetit veya greigite, ancak bazı üretmek biomineralize her iki mineraller4. Her durumda, bakteri tam olarak boyutu ve onların tek manyetik etki kristalleri şeklinde kontrol edebiliyoruz. Bu neden araştırma büyük bir miktar nasıl MTB bu biomineralization süreci gerçekleştirmek daha iyi bir anlayış geliştirmek için üstlenilen açıklar. Bu süreci anlamak araştırmacılar terzi-manyetik nanocrystals birçok ticari ve tıbbi uygulama için yapmak için izin olabilir.
MTB kapsamlı araştırma için önemli bir engel onları laboratuvarda büyüyen zorluk olmuştur. Bu çalışmada kullanılan suşları dahil olmak üzere çoğu, zorunlu O2 elektron alıcısı olarak yetiştirilen da mikroaerofilik türdür. Bu neden bu bakterilerin en sık oxic ve anoksik koşulları (anoksik oxic arabirimi, OAI) arasındaki geçiş bölgesi bulunur açıklar. Bu açıkça MTB var belli ki dikkate alınmak ne zaman büyüme medya bu organizmalar için oluşturulması gereken kesin O2 toplama gereksinimleri gösterir. Ayrıca, mevcut çeşitliliği MTB, farklı suşları kimyasal gradyanlar ve besinlerin optimum büyüme elde etmek için farklı gerekir anlamına gelir.
Bu çalışmada, biz üç en çok incelenmiş MTB büyüyen yöntemleri tarif: Magnetospirillum magneticum (zorlanma AMB-1), M. magnetotacticum (MS-1) ve M. gryphiswaldense (MSR-1). Bu türlerin filogenetik Proteobakteriler filum Alphaproteobacteria sınıfta ait, morfoloji Helisel ve hücrenin her uçta kutupsal kamçı sahip. Biz iletişim kurallarını zorlanma MSR-1 sıvı ve önceden yayınlanmış orta tarifleri5,6tarihinde O2 konsantrasyon gradyanı yarı katı medya tabanlı, büyüyen için sağlar. Biz de suşları AMB-1 ve MS-1 değiştirilmiş manyetik Spirillum büyüme orta (MGSM)7‘ büyüyen için detaylı bir iletişim kuralı mevcut.
Protocol
Representative Results
Discussion
MTB özel O2 konsantrasyon gereksinimlerini onları olmayan önemsiz laboratuvarda büyümeye yapmak. Bir anahtar için sıvı orta protokolün tüm O2 orta ilk kaldırılması O2, hemen önce aşı kesin hacmi ekleyerek son konsantrasyonu kontrol edebilmek için adımdır. MSR-1 neredeyse tamamen aerobik koşullarda büyür, ancak, manyetizma hücrelerin büyük ölçüde azalır kanıtlanmıştır. Aynı çalışma sonuçlarından suşları AMB-1 ve MS-1 tam aerobik koşulları<sup clas…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz Richard B. Frankel elektron mikroskobu tesise (McMaster Üniversitesi, eğitim ve erişim için MTB kültürler, Adam P. Hitchcock ve destekleri MTB kültürler McMaster Üniversitesi’nde kurma sırasında Xiaohui Zhu ve Marcia Reid ile onun yardım için teşekkür ««Sağlık Bilimleri Fakültesi). Bu eser Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi, Kanada (NSERC) ve bize Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.
Materials
| AMB-1 | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC 700264 | |
| MS-1 | ATCC | ATCC 31632 | |
| MSR-1 | Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) | DSM 6361 | |
| Ferric citrate | Sigma-Aldrich | F3388-250G | |
| Trace mineral supplement | ATCC | MD-TMS | |
| KH2PO4 | EMD | PX1565-1 | |
| MgSO4.7 H2O | EMD | MX0070-1 | |
| HEPES | BioShop Canada Inc | HEP001.250 | |
| NaNO3 | Sigma-Aldrich | S5506-250G | |
| Yeast extract | Fischer scientific | DF210929 | |
| Peptone | Fischer scientific | DF0436-17-5 | |
| Potassium L-lactate solution (60%) | Sigma-Aldrich | 60389-250ML-F | |
| D-(-)-Quinic acid | Sigma-Aldrich | 138622 | |
| FeCl3.6H2O | Fischer scientific | I88-100 | |
| Vitamin supplement | ATCC | MD-VS | |
| Sodium succinate hexahydrate | Fischer scientific | S413-500 | |
| Sodium L-tartrate dibasic dihydrate | Sigma-Aldrich | 228729-100G | |
| Sodium acetate trihydrate | EMD | SX0255-1 | |
| Resazurin | Difco | 0704-13 | |
| Ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A4544-25G | |
| K2HPO4 | Caledon | 6620-1-65 | |
| FeCl2 .4H2O | Sigma-Aldrich | 44939-250G | |
| Sodium bicarbonate | EMD | SX0320-1 | |
| NaCl | Caledon | 7560-1 | |
| NH4Cl | EMD | 1011450500 | |
| CaCl2.2 H2O | EMD | 1023820500 | |
| Agar A | Bio Basic Canada Inc | FB0010 | |
| L-cysteine.HCl.H2O | Sigma-Aldrich | C7880-100G | |
| 1.0 mL syringes | Fischer scientific | B309659 | |
| 25G x 1 needles | BD | 305125 | |
| 125 mL serum bottles | Wheaton | 223748 | |
| 20 mm aluminum seals | Wheaton | 224223-01 | |
| 20mm E-Z Crimper | Wheaton | W225303 | |
| Butyl-rubber stoppers | Bellco Glass, Inc. | 2048-11800 | |
| Hungate tubes | Chemglass (VWR) | CLS-4208-01 | |
| Septum stopper, 13mm, Hungate | Bellco Glass, Inc. | 2047-11600 | |
| Glass culture Tubes | Corning (VWR) | 9826-16X | |
| Hydrochloric acid 36.5-38%, BioReagent | Sigma-Aldrich | H1758-100ML | 11.6 – 12 N |
References
- Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Annual Reviews in Microbiology. 36 (1), 217-238 (1982).
- Uebe, R., Schüler, D. Magnetosome biogenesis in magnetotactic bacteria. Nature Reviews Microbiology. 14 (10), 621 (2016).
- Faivre, D., Schuler, D. Magnetotactic bacteria and magnetosomes. Chemical Reviews. 108 (11), 4875-4898 (2008).
- Bazylinski, D. A., et al. Controlled biomineralization of magnetite (Fe3O4) and greigite (Fe3S4) in a magnetotactic bacterium. Applied and Environmental Microbiology. 61 (9), 3232-3239 (1995).
- Lefèvre, C. T., et al. Diversity of magneto-aerotactic behaviors and oxygen sensing mechanisms in cultured magnetotactic bacteria. Biophysical Journal. 107 (2), 527-538 (2014).
- Heyen, U., Schüler, D. Growth and magnetosome formation by microaerophilic Magnetospirillum strains in an oxygen-controlled fermentor. Applied Microbiology and Biotechnology. 61 (5-6), 536-544 (2003).
- Blakemore, R. P., Maratea, D., Wolfe, R. S. Isolation and pure culture of a freshwater magnetic spirillum in chemically defined medium. Journal of bacteriology. 140 (2), 720-729 (1979).
- Oestreicher, Z., Lower, S. K., Lin, W., Lower, B. H. Collection, isolation and enrichment of naturally occurring magnetotactic bacteria from the environment. Journal of Visualized Experiments. (69), (2012).
- Pósfai, M., Lefèvre, M., Trubitsyn, C., Bazylinski, D. A., Frankel, R. Phylogenetic significance of composition and crystal morphology of magnetosome minerals. Frontiers in Microbiology. 4, 344 (2013).
- Wolfe, R. S., Thauer, R. K., Pfennig, N. A ‘capillary racetrack’ method for isolation of magnetotactic bacteria. FEMS Microbiology Ecology. 3 (1), 31-35 (1987).
- Schübbe, S., et al. Characterization of a spontaneous nonmagnetic mutant of Magnetospirillum gryphiswaldense reveals a large deletion comprising a putative magnetosome island. Journal of Bacteriology. 185 (19), 5779-5790 (2003).
- Nadkarni, R., Barkley, S., Fradin, C. A comparison of methods to measure the magnetic moment of magnetotactic bacteria through analysis of their trajectories in external magnetic fields. PloS One. 8 (12), e82064 (2013).
- Waisbord, N., Lefèvre, C. T., Bocquet, L., Ybert, C., Cottin-Bizonne, C. Destabilization of a flow focused suspension of magnetotactic bacteria. Physical Review Fluids. 1 (5), 053203 (2016).
- Komeili, A., Vali, H., Beveridge, T. J., Newman, D. K. Magnetosome vesicles are present before magnetite formation, and MamA is required for their activation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (11), 3839-3844 (2004).
- Scheffel, A., et al. An acidic protein aligns magnetosomes along a filamentous structure in magnetotactic bacteria. Nature. 440 (7080), 110 (2006).
- Zhu, X., et al. Measuring spectroscopy and magnetism of extracted and intracellular magnetosomes using soft X-ray ptychography. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (51), E8219-E8227 (2016).
- Schüler, D. Molecular analysis of a subcellular compartment: the magnetosome membrane in Magnetospirillum gryphiswaldense. Archives of Microbiology. 181 (1), 1-7 (2004).
- Kolinko, I., et al. Biosynthesis of magnetic nanostructures in a foreign organism by transfer of bacterial magnetosome gene clusters. Nature Nanotechnology. 9 (3), 193 (2014).
- Hergt, R., et al. Magnetic properties of bacterial magnetosomes as potential diagnostic and therapeutic tools. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 293 (1), 80-86 (2005).
- Lefevre, C. T., et al. Novel magnetite-producing magnetotactic bacteria belonging to the Gammaproteobacteria. The ISME Journal. 6 (2), 440 (2012).
- Williams, T. J., Lefèvre, C. T., Zhao, W., Beveridge, T. J., Bazylinski, D. A. Magnetospira thiophila gen. nov., sp. nov., a marine magnetotactic bacterium that represents a novel lineage within the Rhodospirillaceae (Alphaproteobacteria). International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 62 (10), 2443-2450 (2012).
- Zhu, K., et al. Isolation and characterization of a marine magnetotactic spirillum axenic culture QH-2 from an intertidal zone of the China Sea. Research in Microbiology. 161 (4), 276-283 (2010).
