Herstellung von Gen-Deletionen in Escherichia coli durch P1 Transduktion mit verbrauchsteuerpflichtigen Antibiotikaresistenz Kassetten
Summary
Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Verwendung von bereits bestehenden antibiotische Resistenz-Kassette Löschung Konstrukte als Grundlage für die Herstellung von Löschung Mutanten in anderen E. Coli -Stämme. Solche Löschung Mutationen können mobilisiert und in den entsprechenden Locus eines Empfängers Stamm mit P1 Bakteriophagen Transduktion eingefügt.
Abstract
Eine erste Annäherung an die Funktion eines unbekannten Gens in Bakterien zu untersuchen ist die Schaffung einen Knock-out-dieses Gens. Hier beschreiben wir eine robuste und schnelle Protokoll für die Übertragung von Genmutationen Löschung aus einem Escherichia-coli -Stamm zum anderen mithilfe von generalisierten Transduktion mit Bakteriophagen P1. Diese Methode erfordert, dass die Mutation wählbar (z. B. basierend auf Gen Störungen mit Antibiotika Kassette Insertionen). Solche Antibiotika Kassetten können aus einem Spender Stamm mobilisiert werden und führte zu einem Empfänger Stamm von Interesse schnell und einfach erzeugen eine gen-Löschung-Mutante. Die antibiotische Kassette kann soll Flippase Anerkennung Aufstellungsorte schließen, mit denen die Exzision der Kassette durch eine ortsspezifische Rekombinase einen sauberen Knock-out-mit nur einer ~ 100-Base-paar-lange Narbe-Sequenz des Genoms zu produzieren. Wir demonstrieren das Protokoll durch das TamA -gen Kodierung einen Montage-Faktor beteiligt Autotransporter Biogenese ausschlagen und testen Sie die Wirkung von diesem Knock-out auf der Biogenese und Funktion der beiden Trimere Autotransporter Adhesins. Obwohl gen Löschung durch P1 Transduktion seine Grenzen hat, machen die Leichtigkeit und Geschwindigkeit der Umsetzung es eine attraktive Alternative zu anderen Methoden der Gen-Löschung.
Introduction
Eine gemeinsame erste Annäherung an die Funktion eines Gens zu untersuchen ist, Knock-out-Mutagenese durchzuführen und die daraus resultierenden Phänotyp zu beobachten. Dies wird auch reverse Genetik bezeichnet. Das Bakterium E. Coli wurde das “Arbeitspferd” der molekularen Biologie für den letzten 70 Jahren oder so, wegen der Leichtigkeit seiner Kultivierung und seine Bereitschaft zur Genmanipulation1. Verschiedene Methoden wurden entwickelt, um gen Streichungen in E. Coli, einschließlich Marker Austausch Mutagenese2,3 und in jüngerer Zeit, Restriktionsenzymen mit dem λ rot oder Rac ET Systeme4,5 produzieren , 6.
In einem weit verbreiteten System werden kodierende Sequenzen einzelner Gene durch eine Antibiotika-Resistenz-Kassette ersetzt, die später von Chromosom5,7herausgeschnitten werden können. Die kodierenden Sequenzen werden, zum Beispiel durch eine Kanamycin (Kan) Widerstand Kassette ersetzt, die von Flippase (FLP) Anerkennung (FRT) Zielseiten auf beiden Seiten flankiert wird. Die FRT-Websites werden durch die Rekombinase FLP, erkannt die ortsspezifische Rekombination zwischen den FRT Standorten führt zur Löschung des Kan-Kassette vermittelt. Auf diese Weise kann eine vollständige Löschung der eines bestimmten Gens kodierende Sequenz erreicht werden, hinterlässt nur eine minimale Narbe Sequenz von etwa 100 Basenpaaren (bp) (Abbildung 1).
Etwas mehr als einem Jahrzehnt war die so genannte Keio-Kollektion entwickelt. Dies ist eine bakterielle Bibliothek basierend auf einem standardlabor E. Coli K12 Stamm, wo fast alle nicht-essentiellen Gene von λ rote Rekombination7,8einzeln gelöscht wurden. Die Klone in dieser Auflistung jedes haben eine kodierende Sequenz mit einer verbrauchsteuerpflichtigen Kan Widerstand Kassette ersetzt. Die Keio-Kollektion hat sich als ein nützliches Werkzeug für viele Anwendungen-9. Eine solche Anwendung ist die Herstellung von Löschung Mutanten in anderen E. Coli -Stämme. Die Kan-Kassette aus einem gegebenen Löschung-Klon kann von in der Regel transducing Bakteriophagen, wie P110,11,12,13,14mobilisiert werden. Ein Phagen bestand aus ein solcher Stamm vorbereitet kann dann verwendet werden, einen Empfänger E. Coli -Stamm von Interesse, zu infizieren wo kann bei einer niedrigen, aber zuverlässige Frequenz der Kan Kassette-haltigen Region des Empfängers Genoms durch homologe Rekombination integriert werden (Abbildung 2). Transductants kann für das Wachstum auf dem Kan-haltigen Medium ausgewählt werden. Im Anschluss daran ggf. Entfernung der Antibiotika-Resistenz-Kassette die FLP-Rekombinase auf die Transductant Belastung in Trans lieferbar. Nach dem Aushärten der FLP-haltigen Plasmid, das welches eine Ampicillin (Amp) Widerstand Markierung trägt, Kan und Amp-sensitiven Klone sind geschirmt für, und die richtige Exzision der Wildtyp kodierende Sequenz und der Kan-Kassette werden durch Kolonie-PCR überprüft.
Hier ist ein detailliertes Protokoll präsentiert, die einzelnen Schritte bei der Herstellung eines Knock-out- E.-Coli -Stamm auf Basis der oben beschriebenen Strategie beschreiben. Als Beispiel wird eine Deletion des Gens TamA demonstriert. TamA kodiert eine äußere Membran β-Fass-Protein, die ist ein Teil von Transport und Montage-Modul (TAM), die in der Biogenese bestimmter Autotransporter Proteine und Pili15,16,17beteiligt ist. Verwendet wurde diese Knock-out-Stamm dann zu prüfen, die Wirkung der TamA -Löschung auf der Biogenese von zwei Trimere Autotransporter Adhesins (TAAs), Yersinia adhäsin YadA und E. Coli -Immunglobulin (Ig)-TAA EibD verbindlich 18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
P1 Transduktion ist eine schnelle, robuste und zuverlässige Methode zur Erzeugung von Gen-Deletionen in E. Coli. Davon zeugt hier transducing einen TamA Löschung Mutant aus einem Keio-Spender-Stamm an einen Empfänger BL21 abgeleitet. Die wichtigsten Schritte bei der Transduktion sind die Herstellung von den transducing lysate, die Transduktion selbst, die Exzision der Kan-Widerstand-Kassette und die Überprüfung der Knock-out-mittels PCR. Insgesamt der Prozess dauert ca. 1 Woche und erfordert keine …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Keio-Sammlung-Sorten stammen aus dem nationalen BioResource Projekt (NIG, Japan): E. Coli. Wir danken Dirk Linke (Institut für Biowissenschaften, Universität Oslo) für seine kontinuierliche Unterstützung. Diese Arbeit wurde durch den Forschungsrat von Norwegen Young Researcher Grant 249793 (zu Jack C. Leo) finanziert.
Materials
| Strains | |||
| E. coli BW25113 | NIG | ME6092 | Wild-type strain of Keio collection |
| E. coli BL21(DE3) | Merck | 69450-3 | Expression strain |
| E. coli BL21DABCF | Addgene | 102270 | Derived from BL21(DE3) |
| E. coli JW4179 | NIG | JW4179-KC | tamA deletion mutant |
| P1 vir | NIG | HR16 | Generally transducing bacteriophage |
| Plasmids | |||
| pCP20 | CGSC | 14177 | conditionally replicating plasmid with FLP |
| pASK-IBA2 | IBA GmbH | 2-1301-000 | expression vector |
| pEibD10 | N/A | N/A | for production of EibD; plasmid available on request |
| pET22b+ | Merck | 69744-3 | expression vector |
| pIBA2-YadA | N/A | N/A | for production of YadA; plasmid available on request |
| Chemicals | |||
| Acetic acid | ThermoFisher | 33209 | |
| Agar | BD Bacto | 214010 | |
| Agarose | Lonza | 50004 | |
| Ampicillin | Applichem | A0839 | |
| Anhydrotetracycline | Abcam | ab145350 | |
| anti-collagen type I antibody COL-1 | Sigma | C2456 | |
| Bovine collagen type I | Sigma | C9791 | |
| Calcium chloride | Merck | 102382 | |
| Chloroform | Merck | 102445 | |
| Di-sodium hydrogen phosphate | VWR | 28029 | |
| DNA dye | Thermo | S33102 | |
| DNA molecular size marker | New England BioLabs | N3232S | |
| DNase I | Sigma | DN25 | |
| dNTP mix | New England Biolabs | N0447 | |
| ECL HRP substrate | Advansta | K-12045 | |
| EDTA | Applichem | A2937 | |
| Glycerol | VWR | 24388 | |
| goat anti-mouse IgG-HRP | Santa Cruz | sc-2005 | |
| goat anti-rabbit IgG-HRP | Agrisera | AS10668 | |
| HEPES | VWR | 30487 | |
| Isopropyl thiogalactoside | VWR | 43714 | |
| Kanamycin | Applichem | A1493 | |
| Lysozyme | Applichem | A4972 | |
| Magnesium chloride | VWR | 25108 | |
| Manganese chloride | Sigma | 221279 | |
| N-lauroyl sarcosine | Sigma | L9150 | |
| Skim milk powder | Sigma | 70166 | |
| Sodium chloride | VWR | 27808 | |
| tamA forward primer | Invitrogen | N/A | Sequence 5'-GAAAAAAGGATATTCAGGAGAAAATGTG-3' |
| tamA reverse primer | Invitrogen | N/A | Sequence 5'-TCATAATTCTGGCCCCAGACC-3' |
| Taq DNA polymerase | New England Biolabs | M0267 | |
| Tri-sodium citrate | Merck | 106448 | |
| Tryptone | VWR | 84610 | |
| Tween20 | Sigma | P1379 | |
| Yeast extract | Merck | 103753 | |
| Equipment | |||
| Agarose gel electrophoresis chamber | Hoefer | SUB13 | |
| Bead beater | Thermo | FP120A-115 | |
| CCD camera | Kodak | 4000R | |
| Electroporation cuvettes | Bio-Rad | 165-2089 | |
| Electroporation unit | Bio-Rad | 1652100 | |
| Gel imager | Nippon Genetics | GP-03LED | |
| Incubating shaker | Infors HT | Minitron | |
| Incubator | VWR | 390-0482 | |
| Microcentrifuge | Eppendorf | 5415D | |
| Microwave oven | Samsung | CM1099A | |
| PCR machine | Biometra | Tpersonal | |
| PCR strips | Axygen | PCR-0208-CP-C | |
| pH meter | Hanna Instruments | HI2211-01 | |
| PVDF membrane | ThermoFisher | 88518 | |
| SDS-PAG electrophoresis chamber | ThermoFisher | A25977 | |
| Tabletop centrifuge | Beckman Coulter | B06322 | |
| Vortex mixer | Scientific Industries | SI-0236 | |
| Water bath | GFL | D3006 | |
| Wet transfer unit | Hoefer | TE22 |
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