Isolamento fisico di Endospore da campioni ambientali da mirata Lisi di cellule vegetative
Summary
A method to single out bacterial endospores from complex microbial communities was developed to perform tailored culture or molecular studies of this group of bacteria.
Abstract
Endospore formation is a survival strategy found among some bacteria from the phylum Firmicutes. During endospore formation, these bacteria enter a morpho-physiological resting state that enhances survival under adverse environmental conditions. Even though endospore-forming Firmicutes are one of the most frequently enriched and isolated bacterial groups in culturing studies, they are often absent from diversity studies based on molecular methods. The resistance of the spore core is considered one of the factors limiting the recovery of DNA from endospores. We developed a method that takes advantage of the higher resistance of endospores to separate them from other cells in a complex microbial community using physical, enzymatic and chemical lysis methods. The endospore-only preparation thus obtained can be used for re-culturing or to perform downstream analysis such as tailored DNA extraction optimized for endospores and subsequent DNA sequencing. This method, applied to sediment samples, has allowed the enrichment of endospores and after sequencing, has revealed a large diversity of endospore-formers in freshwater lake sediments. We expect that the application of this method to other samples will yield a similar outcome.
Introduction
L'obiettivo di questo lavoro è quello di fornire un protocollo per la separazione di endospore batteriche da cellule batteriche vegetative in campioni ambientali. La formazione di endospore batteriche è una strategia di sopravvivenza, di solito innescato da inedia, trovato in un certo numero di gruppi di batteri appartenenti al phylum Firmicutes 1. Batteri che formano endospore sono ben studiati, soprattutto a causa di un numero di ceppi sono patogeni e quindi di importanza medica (per esempio, il Bacillus anthracis o Clostridium difficile). Ceppi ambientali di batteri che formano endospora sono stati isolati da praticamente ogni ambiente (suolo, acqua, sedimenti, aria, ghiaccio, intestino umano, gli animali intestino, e altro) 1-3. Pertanto, Firmicutes sono la seconda phylum più abbondante nel collezioni di colture 4.
A causa delle loro proteine resistenti corteccia esterna e nucleo protettivo, endospore possono sopravvivere a condizioni ambientali estreme che vanno from essiccazione a radiazioni elevate, temperature estreme e sostanze chimiche nocive 5. Questo notevole resistenza lo rende una sfida per estrarre il DNA da endospore 6-8. Questo probabilmente spiega perché sono stati trascurati negli studi di sequenziamento ambientale 9,10. Altri metodi, come ad esempio il targeting di endospore in campioni ambientali da anticorpi fluorescenti 11, la quantificazione di acido dipicolinico (DPA) nel suolo e nei sedimenti 13 12, citofluorimetria 14 o la pastorizzazione e la successiva coltivazione 15,16 sono stati utilizzati per recuperare o quantificare endospores in campioni ambientali. Negli ultimi anni, metodi di estrazione del DNA ottimizzato così come primers molecolari specifici per indirizzare sequenze geniche specifiche endospora sono stati sviluppati 10,17-20. Ciò ha contribuito a rivelare di più la biodiversità tra questo gruppo di batteri 21 e ha portato anche ad applicazioni nell'industria e in medicina per il rilevamento di endospore, Per esempio in latte in polvere 19.
Il protocollo qui presentata si basa sulla differenza di resistenza alle condizioni fisico-chimiche nocive (quali calore e detergenti) di endospore batteriche relativi alle cellule vegetative. Per distruggere le cellule vegetative in un campione, noi applichiamo consecutivamente calore, lisozima e basse concentrazioni di detergenti. Il tempo e la forza di questi trattamenti sono stati ottimizzati in modo da non distruggere le spore, ma per lisare tutte le cellule vegetative. Alcune cellule in un pool di cellule ambientale sono più resistenti di altre, per cui al fine di aumentare la probabilità di distruggere tutte le cellule vegetative, si applicano tre diversi trattamenti. Il vantaggio e la novità di questo metodo è che i endospore dopo il trattamento sono ancora intatte e possono essere utilizzati per ulteriori analisi a valle. Questi includono l'estrazione del DNA, PCR quantitativa (qPCR) e amplicone o sequenziamento metagenomica (di mira in particolare il gruppo di endospore e riducendo diversity, aumentando la copertura). Le endospore potrebbero essere utilizzati anche per la coltivazione a valle o la quantificazione mediante microscopia a fluorescenza, citometria a flusso, o il rilevamento di DPA. Una caratteristica importante di questo metodo è che confrontando un campione non trattato con un campione trattato, si può dedurre la quantità e la diversità di endospore in un campione ambientale, oltre alla componente corrispondente al vegetative cellule.
Protocol
Representative Results
Discussion
La resistenza di endospore a fattori fisico-chimici aggressivi esterni (ad esempio, temperatura o detergenti) è stato usato per elaborare un metodo per separare endospore batteriche da cellule vegetative in campioni ambientali. Questo è il primo metodo completo per isolare endospore da campioni ambientali in modo non distruttivo. I metodi precedenti per quantificare, rilevare o analizzare endospore in campioni erano basati sulla misurazione delle deleghe specifiche per endospore come l'acido dipicolinico …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori riconoscono la National Science Foundation svizzero per Grant No. 31003A-132358/1, 31003A_152972 e n 151.948, e Fondazione Pierre Mercier pour la Science.
Materials
| Whatman nitrocellulose membrane filters, 0,2 um pore size, 47 mm diameter | Sigma-Aldrich | WHA7182004 Aldrich | |
| Tris(hydroxymethyl)aminomethane | Sigma-Aldrich | 252859 Sigma-Aldrich | CAS 77-86-1 |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E9884 Sigma-Aldrich | CAS 60-00-4 |
| Lysozyme from chicken egg white | Sigma-Aldrich | 62971 Fluka | powder, CAS 12650-88-3 |
| Ultra-Turrax homogenizer T18 basic | IKA | 3720000 | |
| Glass filter holders for 47 mm membranes, pyrex glass | EMD Millipore | XX10 047 00 | |
| Chemical duty vacuum pump | Millipore | WP6122050 | 220 V/50 Hz |
| Manifold sampling filtration for 25 mm membranes | Millipore | 1225 Sampling Manifold | polypropylene |
| Dnase | New England Biolabs | M0303S | Rnase free |
| NaOH | Sigma-Aldrich | S5881 Sigma-Aldrich | CAS 1310-73-2 |
| Sodium dodecyl sulfphate (SDS) | Sigma-Aldrich | L3771 Sigma | |
| Whatman nitrocellulose membrane filters, 0,2 um pore size, 25 mm diameter | Sigma-Aldrich | WHA7182002 Aldrich | |
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