定性的にオーバーレイアッセイを使用すると、肺炎球菌バクテリオシンに対する細菌の産生と感度を測定します
Summary
Competition in Streptococcus pneumoniae is mediated by bacteriocins, small antimicrobial peptides with inhibitory activity towards pneumococcus and other related species. Here we describe an optimized bacterial overlay assay that allows for the characterization of bacteriocin activity and inhibitory spectrum, bacteriocin-specific immunity, and detection of secreted quorum sensing peptides.
Abstract
Streptococcus pneumoniae colonizes the highly diverse polymicrobial community of the nasopharynx where it must compete with resident organisms. We have shown that bacterially produced antimicrobial peptides (bacteriocins) dictate the outcome of these competitive interactions. All fully-sequenced pneumococcal strains harbor a bacteriocin-like peptide (blp) locus. The blp locus encodes for a range of diverse bacteriocins and all of the highly conserved components needed for their regulation, processing, and secretion. The diversity of the bacteriocins found in the bacteriocin immunity region (BIR) of the locus is a major contributor of pneumococcal competition. Along with the bacteriocins, immunity genes are found in the BIR and are needed to protect the producer cell from the effects of its own bacteriocin. The overlay assay is a quick method for examining a large number of strains for competitive interactions mediated by bacteriocins. The overlay assay also allows for the characterization of bacteriocin-specific immunity, and detection of secreted quorum sensing peptides. The assay is performed by pre-inoculating an agar plate with a strain to be tested for bacteriocin production followed by application of a soft agar overlay containing a strain to be tested for bacteriocin sensitivity. A zone of clearance surrounding the stab indicates that the overlay strain is sensitive to the bacteriocins produced by the pre-inoculated strain. If no zone of clearance is observed, either the overlay strain is immune to the bacteriocins being produced or the pre-inoculated strain does not produce bacteriocins. To determine if the blp locus is functional in a given strain, the overlay assay can be adapted to evaluate for peptide pheromone secretion by the pre-inoculated strain. In this case, a series of four lacZ-reporter strains with different pheromone specificity are used in the overlay.
Introduction
肺炎球菌 、鼻咽頭の多菌コミュニティの共通の植民は、細菌によって生産抗菌ペプチド（バクテリオシン）の産生を介して他の肺炎球菌や近縁種と競合することができます。今日までに調べすべて完全に配列決定肺炎球菌株は、B acteriocin- リットル IKE のp eptide座、BLPのバージョンが含まれています。肺炎球菌によるバクテリオシン産生は、 インビトロおよびインビボの競争1-4 の両方の結果に重要であることが実証されている。競争のダイナミクスは、特定のペプチドフェロモンに反応して同族の免疫タンパク質とともに多様なバクテリオシンの発現により影響を受ける。 BLP座の誘導は、ペプチドフェロモン、BLPCは、センサーキナーゼ、BlpHに結合し、その結果シグナル伝達カスケードを開始するクオラムセンシングシステムによって制御されているBLP軌跡5,6の転写。 BLPCの4対立遺伝子変異その同族BlpH 6にそれぞれ結合することがあります。細胞がそれ自身のバクテリオシンの効果を生き残るためには、同族の免疫タンパク質をコードする遺伝子は、バクテリオシン遺伝子のそれぞれと同じオペロン上に転写される。株は保護のために必要な特定の免疫遺伝子を欠いている場合は、競合他社の株は、外因性フェロモンに反応してBLP軌跡を上方制御することができない場合、または殺害が発生します。トランスポーター複合体、BlpABは、ペプチドフェロモンとバクテリオシンペプチド2,4の分泌および処理するために必要です。最近では、肺炎球菌株の大部分は、彼らは彼らができないフェロモン及びバクテリオ1,2を分泌するレンダリングblpA遺伝子における保存された変異を有する意味する「詐欺師」であることが示されている。これらの株は、いななきが分泌する外因BLPC 2に応答することができる免疫タンパク質の産生を可能にする退屈な菌株。
清からのバクテリオシンの、粗調製物は、純度を達成するために、生化学的方法のステップを使用して産生株から調製することができるが、この手法は、単離物の大規模なコレクションをスクリーニングするために有用ではないとバクテリオシンの発現のレベルは、ブロス増殖させた培養物において低い場合2,7- 9。オーバーレイアッセイは、インビトロで存在し得る菌株間の競合力学を調査するために迅速な方法として使用される。これを行うには、肺炎球菌株は、予め接種寒天プレートの上およびBLP座の誘導に十分なローカルの細菌濃度を達成するように成長させている。第二株を、次いで、感度をテストするための事前接種菌株の上に塗布される溶融ソフトアガー溶液中に接種する。 BLP軌跡（阻害活性とは無関係）の活性のために評価するために、株は番目の一連の重ねることができるリーは以前BLPCのレポーター株を記載した。これらの株は肺炎球菌により分泌される最も一般的な3つのBLPCフェロモンに反応する三つの異なるblpH対立遺伝子のいずれかを含むように構築された。レポーター株はBlpH依存性プロモーターの制御下にあり、自己刺激10,11を防止BLPC遺伝子における欠失を運ぶ統合されたlacZ遺伝子を有している。
Protocol
Representative Results
Discussion
このオーバーレイアッセイは、バクテリオシンの生産者のための活動の範囲を決定し、肺炎球菌株の間で発生する可能性があり、競争力の相互作用を実証するために迅速な方法です。オーバーレイアッセイは、単一のプレート上にバクテリオシン産生のための複数の株をスクリーニングするために使用するように適合させることができる。私たちは、成功した96ウェルプレートの半分からSBA?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work has been supported by Elizabeth E. Kennedy Research Award.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Trypticase Soy Agar with 5% Sheep Blood | Fisher | B21261X | For growth from freezer cultures |
| Catalase | Sigma | C100-500mg | 4,741 Units per plate |
| Todd Hewitt Broth + Yeast Extract (THY) | Fisher | DF0492-17-6 | 30 g of THB, 5 g yeast extract, 1 L ddH20 autoclave |
| Trypticase Soy Broth + Agar plates (TSA) | Fisher | B11768 | 30 g of TS, 15 g agar, 1 L ddH20 autoclave |
| 5-Bromo-4-chloro-3-indolyl β-D-galactopyranoside (X-gal) | Sigma | B4252-50MG | Dissolve in dimethylformamide |
| Petri dishes | Fisher | FB0875712 | |
| Spectrophometer | Measures the OD620 of cultures | ||
| 37 °C water bath | |||
| 37 °C incubator with 5% CO2 | |||
| 15 ml conical tube |
References
- Dawid, S., Roche, A. M., Weiser, J. N. The blp bacteriocins of Streptococcus pneumoniae mediate intraspecies competition both in vitro and in vivo. Infect Immun. 75 (1), 443-451 (2007).
- Sawa, N., et al. Isolation and characterization of enterocin W, a novel two-peptide lantibiotic produced by Enterococcus faecalis NKR-4-1. Appl Environ Microbiol. 78 (3), 900-903 (2012).
- Kochan, T. J., Dawid, S. The HtrA protease of Streptococcus pneumoniae controls density-dependent stimulation of the bacteriocin blp locus via disruption of pheromone secretion. J Bacteriol. 195 (7), 1561-1572 (2013).
- Lux, T., Nuhn, M., Hakenbeck, R., Reichmann, P. Diversity of bacteriocins and activity spectrum in Streptococcus pneumoniae. J Bacteriol. 189 (21), 7741-7751 (2007).
- Reichmann, P., Hakenbeck, R. Allelic variation in a peptide-inducible two-component system of Streptococcus pneumoniae. FEMS Microbiol Lett. 190 (2), 231-236 (2000).
- Saizieu, A., et al. Microarray-based identification of a novel Streptococcus pneumoniae regulon controlled by an autoinduced peptide. J Bacteriol. 182 (17), 4696-4703 (2000).
- Barbour, A., Philip, K., Muniandy, S. Enhanced production, purification, characterization and mechanism of action of salivaricin 9 lantibiotic produced by Streptococcus salivarius NU10. PLoS One. 8 (10), 77751 (2013).
- Wladyka, B., et al. Isolation, biochemical characterization, and cloning of a bacteriocin from the poultry-associated Staphylococcus aureus strain CH-91. Appl Microbiol Biotechnol. 97 (16), 7229-7239 (2013).
- Shea, E. F., et al. Bactofencin a, a new type of cationic bacteriocin with unusual immunity. 4 (6), 00498-00413 (2013).
- Son, M. R., et al. Conserved mutations in the pneumococcal bacteriocin transporter gene, blpA, result in a complex population consisting of producers and cheaters. MBio. 2 (5), (2011).
- Kochan, T. J., Dawid, S. The HtrA protease of Streptococcus pneumoniae controls density-dependent stimulation of the bacteriocin blp locus via disruption of pheromone secretion. J Bacteriol. 195, 1561-1572 (2013).
- Widdick, D. A., et al. Cloning and engineering of the cinnamycin biosynthetic gene cluster from Streptomyces cinnamoneus cinnamoneus DSM 40005. Proc Natl Acad Sci U S A. 100 (7), 4316-4321 (2003).
- Begley, M., Cotter, P. D., Hill, C., Ross, R. P. Identification of a novel two-peptide lantibiotic, lichenicidin, following rational genome mining for LanM proteins. Appl Environ Microbiol. 75 (17), 5451-5460 (2009).
