在伴有海藻酸钠生产新基因的鉴定<em>铜绿假单胞菌</em>使用小型<em> himar1</em>水手转座子介导的诱变
Summary
这里我们描述了使用微型himar1水手转座子介导的诱变以产生高密度的插入突变体文库，以屏幕的协议，分离和鉴定中的原型的铜绿假单胞菌菌株PAO1新颖藻稳压器。
Abstract
铜绿假单胞菌是一种革兰氏阴性，环境细菌具有多功能的代谢能力。P.绿脓杆菌是一种条件致病菌细菌确立患者的囊性纤维化（CF）的慢性肺部感染。荚膜多糖称为藻酸盐，也被称为mucoidy的生产过剩，促进粘液的生物膜是比浮游细胞对抗生素的化疗和宿主防御更能抵抗的形成。此外，从nonmucoid到粘液表型的转化是一个临床标记的发作的慢性感染的CF。海藻酸钠生产过剩由P.绿脓杆菌是一种吸能的过程，大量征税细胞能量。因此，海藻酸钠生产是高度管制的P。铜绿假单胞菌 。为了更好地理解海藻酸钠调控，我们描述了一个协议，使用mini-himar1转座子诱变的新型海藻酸调节器的识别S IN一个原型株PAO1。该过程包括两个基本步骤。首先，我们从主机E.转让迷你himar1转座子（PFAC） 大肠杆菌 SM10/λpir到受体P。通过双亲结合来创建一个高密度的插入突变体库，并于辅以庆大霉素假单胞菌分离琼脂平板上选择的铜绿假单胞菌 PAO1。其次，我们筛选和分离出的粘液状菌落，通过反向PCR用DNA引物从盒式庆大霉素和DNA测序指着向外绘制的插入位点。使用此协议，我们已经确定了两个新海藻酸钠监管，MUCE（PA4033）和kinB（PA5484），在PAO1菌株与野生型mucA编码抗σ因子MucA对主海藻酸钠调节AlgU（ALGT，σ22） 。这种高通量诱变协议可以修改为其他毒力相关基因的鉴定引起的变化在结肠NY形态。
Introduction
机会主义，革兰氏阴性病原体绿脓杆菌的生产过剩海藻酸钠的能力是其建立了生物膜能力的主要因素。藻酸盐的过量产生是一个表型通常被称为mucoidy。粘液状菌落从患有囊性纤维化（CF）个人痰隔离指示一种慢性感染，并直接与病人的健康1整体下降有关。目前，应当理解的是藻酸盐中P的调节和生产假单胞菌主要发生在两个操纵子。首先是海藻酸钠生物合成操纵子，其中包含12个基因（ALGD – alg8 – alg44 – algK – 代数 – algG – algX – algL – ALGI – algJ – algF – 藻类 ），负责海藻酸盐聚合物的合成及出口对面在周质的细胞外环境为NT 2-5。第二个操纵子是基因的集群开头的替代σ因子algU /吨 ，与mucA，mucB和MUCD继续。 AlgU / T是正的调节器，而mucAB-D被划分为藻酸盐生产6-8的负调节因子。此外，转录调节子，如ALGB，AlgQ，ALGR和RpoN，以及转录后和翻译后修饰通过降解物阻遏控制，激酶活性（KinB）和膜内蛋白水解作用，也被证明是参与海藻酸钠调控9-14。
被称为PFAC迷你himar1转座子载体最初是在Mekalanos博士的实验室在哈佛医学院15创建的。该PFAC质粒组成由27个基点2反向重复序列和庆大霉素抗性盒在中间（aacC1：534 bp）的两侧转座元件，编码hyperact的基因的ive 水手转座16，和一个基因编码的β-内酰胺酶（BLA）（ 图1）。可在GenBank登录号为PFAC的转座子序列信息：DQ366300 13。在PFAC，有一个多克隆位点（MCS），其用于使用反向PCR的染色体插入位点的鉴定aacC1基因的后面。使用迷你himar1转座子的一个主要优点是所需的换位（诱变）没有具体的宿主因素。此外，还有高丰度的整个P的基因组中发现了TA二核苷酸插入位点铜绿假单胞菌 。例如，TA二核苷酸插入位点发生94404和100229倍，在PAO1（6264404基点，GenBank登录号NC_002516.2）和PA14（6537648基点; GenBank登记接入号码NC_008463）基因组中，分别为。因为TA二核苷酸的基因组中，微型himar1丰度的</em>转座子可导致高密度和随机诱变，这是特别适合的毒力基因的分析，并且是高度调控的基因。理论上，迷你himar1座子可以插入到P的基因组中的任何非必需基因铜绿假单胞菌 。这提供了每在PAO1基因组开放阅读框约18 TA的插入位点。
在这里，我们描述了一个协议，使用mini-himar1转座子介导的诱变识别mucoidy在体育新监管铜绿假单胞菌 。更具体地说，我们biparentally缀含有微型himar1座子来自大肠杆菌的PFAC矢量大肠杆菌 SM10/λpir到nonmucoid原养型菌株PAO1。后转座子整合在基因组中，受体菌株进行培养的假单胞菌分离琼脂（PIA）的含有三氯生，其抑制大肠杆菌的生长大肠杆菌 。因此，突变体的文库<em> P。假单胞菌可以通过生长在PIA板补充有庆大霉素和粘液表型的存在进行选择。请注意，一个真正的转座子介导与整合的突变会产生耐庆大霉素和羧苄青霉素敏感的表型。在这项研究中，PAO1约80,000插入突变体通过四个独立的变体的分离。然后，我们筛选粘液株，并确定插入的酶切，连接和反向PCR的网站。我们使用庆大霉素抗性盒作为探针看每个基因组插入的数目进行Southern印迹分析。我们确定了90％以上使用该协议每缀合得到的突变体有himar1只有单拷贝基因组中并显示在庆大霉素抗性和羧苄青霉素敏感的表型。共有32粘液株进行了鉴定，其中22映射到不同的位点P的铜绿假单胞菌 PAO1染色体。插入的这个比率提供足够的覆盖范围，以确定海藻酸钠生产过剩几种新型稳压器。
Protocol
Representative Results
Discussion
要注意，这种方法可以在其他假单胞菌属与这些改变使用是很重要的：孵化P.荧光假单胞菌和P.恶臭在30°C和P。施氏假单胞菌在42℃; P。 stuzeri应培养于补充有150微克/毫升庆大霉素的LB平板上，在步骤1.11，P。斯氏假单胞菌细胞应被转移到500微升的LB代替1毫升。此外，还有对本协议的两个关键步骤。首先，受体菌株应在适当的温度下进行培养。例如，PAO1，应?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作是由美国国家航空和航天局西弗吉尼亚州的太空格兰特联盟（NASA WVSGC），囊性纤维化基金会（CFF-YU11G0）和美国国立卫生研究院P20RR016477和P20GM103434到西弗吉尼亚理念营销网络的生物医学研究的卓越支持。我们感谢Vonya M.艾辛格对这项工作的技术援助。
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).
