Summary

Replicación de la ordena, no redundante biblioteca de Pseudomonas aeruginosa cepa PA14 mutantes de inserción de transposones

Published: May 04, 2018
doi:

Summary

Infección por Pseudomonas aeruginosa causa una morbilidad significativa en hosts vulnerables. La biblioteca mutantes de inserción de transposones no redundante de p. aeruginosa cepa PA14, designados como establece PA14NR, facilita el análisis de la funcionalidad del gen en numerosos procesos. Presentamos es un protocolo para generar copias de alta calidad de la biblioteca mutante PA14NR establecido.

Abstract

Pseudomonas aeruginosa es una bacteria gramnegativa fenotípicamente y genotípicamente diversa y adaptable ubicua en ambientes humanos. P. aeruginosa es capaz de formar biopelículas desarrollan resistencia a los antibióticos, producen factores de virulencia y evolucionar rápidamente en el curso de una infección crónica. Así p. aeruginosa puede causar agudo y crónico, difícil de tratar infecciones, dando lugar a una morbilidad significativa en ciertas poblaciones de pacientes. P. aeruginosa cepa PA14 es un aislante clínico humano con una estructura de genoma conservadas que infecta una variedad de mamíferos y a anfitriones haciendo PA14 una variedad atractiva para el estudio de este patógeno. En 2006, se generó una transposon no redundante inserción mutante biblioteca 5.459 mutantes correspondientes a 4.596 genes predichos de PA14. Desde entonces, distribución de la biblioteca de PA14 ha permitido a la comunidad de investigación comprender mejor la función de genes individuales y complejas vías de p. aeruginosa. Mantenimiento de la integridad de la biblioteca a través del proceso de replicación requiere técnicas de correcta manipulación y precisa. Para ello, este manuscrito presenta protocolos que describen en detalle los pasos involucrados en la replicación de la biblioteca, biblioteca de control de calidad y almacenamiento adecuado de los mutantes.

Introduction

Pseudomonas aeruginosa es una bacteria gramnegativa fenotípicamente y genotípicamente diversa y adaptable presente en suelo, agua y entornos más humanos, así como la microflora de la piel. Comparado a muchas especies bacterianas, p. aeruginosa tiene un genoma relativamente grande de 5.5-7 Mbp con alta G + C contenido (65-67%). Además, una proporción significativa de sus genes están implicada en la adaptación metabólica y forman parte de redes de regulación, permitiendo una gran flexibilidad en respuesta a estrés ambiental1. P. aeruginosa expresa una gran cantidad de factores de virulencia, exhibe la propensión de forma biofilms, posee la capacidad de coordinar las respuestas a través de múltiples quórum sensing vías y muestra una notable capacidad para desarrollar resistencia a los antibióticos y tolerancia2,3,4,5,6,7,8. Estos atributos presentan desafíos significativos para el tratamiento de infecciones causadas por p. aeruginosa.

Crónica infecciones de p. aeruginosa pueden ocurrir en numerosos Estados de la enfermedad. La fibrosis quística (FQ), una enfermedad genética causada por la mutación del gen Regulador de conductancia transmembrana de la Fibrosis Quística (CFTR) , resulta en secreciones inspissated, infectadas dentro de la vía aérea, bronquiectasia progresiva y, en última instancia, la muerte de insuficiencia respiratoria9. Por la edad adulta, la mayoría de los pacientes con FQ crónicamente infectada con p. aeruginosa, que juega un papel fundamental en la morbilidad y la mortalidad asociada con esta enfermedad10. Además, pacientes con quemaduras severas lesiones11, las traqueotomías12, reemplazo de la articulación13o residente catéteres14 están en riesgo de infección por p. aeruginosa relacionados con la capacidad de las bacterias para formar biofilms y escape host las respuestas inflamatorias15. Además, la colonización se produce sin competencia después de haber seleccionado una población tolerante o resistente a múltiples antibiótico a través de tratamiento antimicrobiano de amplio espectro, secuencial12,16,17 , 18. mejor comprensión de la patogenesia de p. aeruginosa tendrá implicaciones significativas para muchos Estados de enfermedad.

Varios aislados clínicos de p. aeruginosa , incluyendo cepas PAO1, PA103, PA14 y PAK, se han estudiado extensivamente para investigar diferentes aspectos de la patogenia de p. aeruginosa . Cepa PA14 es un aislante clínico que pertenece a uno de los grupos clónicos más común en todo el mundo19,20 y no ha sido extensivamente pasado en el laboratorio. PA14is altamente virulento en modelos de vertebrados de la infección, con una notable endotoxina perfil21, pili de la estructura22, patogenicidad de las islas23, tipo sistema de secreción III (TTSS), citotoxicidad hacia mamíferos células24 y perfiles de resistencia y persistencia antibiótico25. Además, también es altamente virulenta en numerosos sistemas de modelo huésped-patógeno PA14, incluyendo hoja de infiltración modelos26,27,elegans de Caenorhabditis infección modelos28, 29, insecto modelos30,31, así como neumonía de ratón modelos modelos de32,33 y quemaduras en la piel34.

Todo el genoma mutantes bibliotecas son colecciones de isogénicas mutantes en genes no esenciales que constituyen herramientas muy poderosas para entender la biología de un organismo permitiendo análisis de la función del gene en una escala genómica. Dos cerca de saturación transposon inserción mutante bibliotecas construidas en p. aeruginosa son actualmente disponibles para su distribución. Los sitios de inserción de los transposons han sido determinados para ambas bibliotecas. Estas bibliotecas no redundante supuestas facilitan estudios del genoma de las cepas bacterianas por disminuir considerablemente el tiempo y costo involucrados en investigación no caracterizados mutantes transposon al azar. La p. aeruginosa PAO1 transposon mutante biblioteca, construida en el MPAO1 aislar de la cepa PAO1 usando transposones esphoA/ hah eslacZy hah35, está comisariada por el laboratorio de Manoil, Universidad de Washington. La biblioteca consiste en una colección de mutantes de transposon 9.437 verificado de secuencia que ofrece una cobertura amplia de genoma e incluye a dos mutantes para la mayoría de los genes de36. Información sobre la biblioteca mutante de p. aeruginosa PAO1 transposón está disponible en la Web de laboratorio de Manoil, pública, accesible en la red, en http://www.gs.washington.edu/labs/manoil/libraryindex.htm. La p. aeruginosa cepa PA14 transposon no redundante inserción mutante biblioteca (conjunto PA14NR) construido en la cepa PA14 usando transposones MAR2xT7 y TnphoA37 actualmente es distribuido por el Departamento de Pediatría en el Hospital General de Massachusetts. El conjunto de PA14NR se compone de una colección de más de 5.800 mutantes con inserciones de transposones solo en genes no esenciales37. Detalles sobre la construcción del Set del PA14NR se describen en el sitio web público, accesible en la red http://pa14.mgh.harvard.edu/cgi-bin/pa14/home.cgi?section=NR_LIB, que también contiene una variedad de herramientas de búsqueda en línea para facilitar el uso de la PA14NR Conjunto.

El conjunto original de PA14NR compuesto por 5.459 mutantes, seleccionados a partir de una biblioteca de aproximadamente 34.000 transposon al azar inserción mutantes, que corresponden a 4.596 predijo genes PA14 representando el 77% de PA14 predijo todos los genes37. Desde la construcción de la biblioteca en el año 2006 se agregaron nuevos mutantes, y actualmente el PA14NR incluye más de 5.800 mutantes38 que representan aproximadamente 4.600 PA14 genes. La mayoría de los mutantes de transposon PA14 fueron generada en el fondo de tipo salvaje37. Detalles relativos a cada miembro de la biblioteca de mutantes, incluyendo antecedentes genéticos, están disponibles mediante una búsqueda en la base de datos en línea o descargando la hoja de cálculo de la biblioteca no redundante, ambas características en la Web de PA14 (http:// PA14.MGH.Harvard.edu/cgi-bin/PA14/Home.cgi). La mayoría de los mutantes fueron creada usando el MAR2xT7 transposon (MrT7), con un pequeño grupo creado con el TnPhoA (phoA) transposón37. Cada transposón tiene una cinta de resistencia a los antibióticos, que permite la selección de mutantes con gentamicina (MrT7) o kanamicina (phoA). El conjunto PA14NR de mutantes se almacena en placas de 96 pocillos de sesenta y tres e incluye control de 96 pozos adicionales dos placas, que consisten en de tipo salvaje PA14 inoculadas y sin inocular pozos intercalan en un patrón preestablecido. El formato de la placa de 96 pocillos junto con las herramientas de búsqueda en línea grandemente facilita el desarrollo personalizado de investigación ensayos que permiten a los usuarios a identificar genes asociados a fenotipos mutantes. Las herramientas de búsqueda en línea también facilitan la búsqueda y selección de mutantes relevantes adicionales necesarios para estudios posteriores.

La PA14 PAO1 transposon mutante bibliotecas son recursos muy importantes para la comunidad científica, y se complementan en la validación de la función de genes desconocidos y las vías de este patógeno bacteriano. Coincidentemente, desde la construcción de las bibliotecas de mutación de transposon PAO1 y PA14, completo genoma DNA que ordenaba análisis de numerosos aislamientos de p. aeruginosa ha demostrado que PAO1 y PA14 pertenecen a diferentes grandes subclados de la P. aeruginosa filogenia7,39,40,41. Debido a aislamientos clínicos de p. aeruginosa se encuentran distribuidos a lo largo de la filogenia, el hecho de que PAO1 y PA14 pertenecen a p. aeruginosa de diferentes subgrupos aumenta el valor de las dos bibliotecas de mutación de transposon de comparativo estudios.

Publicaciones que describen la construcción y proyección de las bibliotecas mutantes bacterianas incluyendo p. aeruginosa bibliotecas35,37,42, están disponibles en la literatura. Sin embargo, al mejor de nuestro conocimiento, sin protocolos publicados que describen procedimientos y técnicas que se utilizan para la replicación, mantenimiento y validación de bibliotecas mutantes bacterianas están disponibles.

La metodología que se describe en esta publicación describe un conjunto de tres protocolos que faciliten el uso y mantenimiento de la PA14NR. El primer protocolo describe la replicación de la biblioteca como se recomienda a los destinatarios de la PA14NR. El segundo protocolo incluye directrices para rayas, cultivo y almacenamiento de mutantes individuales identificados usando el conjunto de PA14NR. El tercer Protocolo describe técnicas de control de calidad, incluyendo la amplificación por PCR de fragmentos de mutantes de transposon y secuenciación posterior para confirmar identidad mutante. Este conjunto de protocolos también puede ser adaptado para la replicación y el mantenimiento de otras colecciones o bibliotecas mutantes bacterianas. La replicación bacterianas mutantes bibliotecas o colecciones se recomienda altamente para preservar la integridad de la “copia maestra” (copia original recibido). Replicación de varias copias del juego de PA14NR para uso de laboratorio de rutina reduce al mínimo la probabilidad de contaminación interwell de la copia maestra.

Protocol

PRECAUCIÓN: Utilizar las medidas de seguridad BSL-2 estándar manejo de p. aeruginosa, un patógeno humano. Si usted es un individuo inmunocomprometido o tiene cualquier condición médica que aumenta su susceptibilidad a la infección bacteriana, tenga cuidado especial cuando se trabaja con el P. aeruginosa. Consulte con la oficina de seguridad de la biotecnología en su institución y obtener la aprobación de su médico antes de trabajar con la PA14 NR Set o bibliotecas mutantes de bacterias patóge…

Representative Results

Doce nuevas copias de la PA14NR se replicaron utilizando el Protocolo I y una evaluación de control de calidad de los ejemplares nuevos generados fue realizado usando Protocolo III. PA14NR Set mutantes placas junto con el Control de placas, que consisten en de tipo salvaje PA14 inocularon y sin inocular pozos intercalados en un patrón preestablecido (Figura 4A), se replicaron siguiendo la metodolo…

Discussion

El P. aeruginosa PA14NR se encuentra un recurso valioso para la comunidad científica. Según el conjunto de datos marzo de 2017 de base de datos de indicadores fundamentales de la ciencia Clarivate Analytics, Liberati et al. (2006) ocupa el puesto 37, que describe la construcción del Set del PA14NR, en el 1% de las publicaciones de Microbiología. Google Scholar reporta más de 600 citas de Liberati et al. (2006) el manuscrito original a partir de agosto de 20…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nos gustaría agradecer a Lisa Philpotts de la Biblioteca Virtual de Treadwell de MGH para su orientación en la búsqueda de la base de datos. Este trabajo fue financiado por la Fundación de la Fibrosis Quística (YONKER16G0 y HURLEY16G0) y NIH NIAID (HBP y ADE: R01 A1095338).

Materials

Materials for Library Replication
Sterile 96-well Tissue-culture treated, case of 50 Corning Life Sciences 353072 via Fisher Scientific
Sterile 96 Well Clear V-Bottom 2000μL Deep Well Plates, case of 25 Corning Life Sciences 3960 via Fisher Scientific
Nunc OmniTray (rectangular plates), case of 60 Thermo Scientific Rochester 242811 via Fisher Scientific
Rectangular Ice Pan, Midi (4L) Corning Life Sciences 432104 via Fisher Scientific
Secure-Gard Cone Mask, case of 300 Cardinal Health AT7509 via Fisher Scientific
AluminaSeal, pack of 100 Diversified Biotech ALUM-100 via Fisher Scientific
Breathe-Easy membrane, pack of 100 Diversified Biotech BEM-1 via Sigma-Aldrich
Sterile, individually wrapped, 50mL Solution Trough/Reagent Reservoir, case of 100 Sorenson S50100 via Westnet Incorporated
Plate roller VWR 60941-118 via VWR
Cryo Laser Labels – CRYOLAZRTAG 2.64" x 0.277", pack of 16 sheets GA International RCL-11T1-WH via Labtag.com (template for printing also available from Labtag.com)
96-well replicator V & P Scientific, Inc. Custom 407C, 3.18mm pin diameter, 57mm long via V & P Scientific, Inc.
Multitron Pro, 3mm Shaking incubator Infors HT l10003P via Infors HT
Picus 12 Channel 50-1200μL Electronic Pipette Sartorius 735491PR via Sartorius
Filter Tips 50-1200μL, pack of 960 Biohit 14-559-512 via Fisher Scientific; use electronic multichannel-compatible tips
Dry Ice User-specific vendor
Materials for Individual Mutant Storage
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL Fisher Scientific 05-408-130 via Fisher Scientific
Pipettes (P1000, P200, P20, P2) Gilson F167370 via Gilson
Materials for Quality Control PCR
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL Fisher Scientific 05-408-130 via Fisher Scientific
NanoDrop Thermo Scientific ND-2000 via ThermoFisher
PCR Thermocycler
Omnistrips PCR Tubes with domed lids Thermo Scientific AB0404 via Fisher Scientific
ART Barrier low-retention pipette tips (10 uL, 100 uL, 1000 uL) Molecular BioProducts, Inc. Z676543 (10 uL), Z676713 (100 uL), Z676802 (1000 uL) via Sigma-Aldrich
Pipettes (P1000, P200, P20, P2) Gilson F167370 via Gilson
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL Fisher Scientific 05-408-130 via Fisher Scientific
MasterPure DNA Purification Kit Epicentre MCD85201 via Epicentre Technologies Corp
GeneRuler 1 kb Plus DNA Ladder, ready-to-use Thermo Scientific SM1333 via ThermoFisher
RediLoad Loading Buffer Invitrogen 750026 via ThermoFisher
Chemicals
Chemicals for Library and Individual Mutant Storage
Glycerol MB Grade, 1L Sigma Aldrich G5516 via Sigma-Aldrich
LB Broth Per 1L dH2O: 10g tryptone, 5g yeast extract, 5g NaCl, 1ml 1N NaOH (Current Protocols in Molecular Biology.  Wiley, 1994.)
Tryptone Sigma Aldrich T7293 via Sigma-Aldrich
Yeast Extract Sigma Aldrich Y1625 via Sigma-Aldrich
Sodium Chloride Sigma Aldrich S7653 via Sigma-Aldrich
Sodium Hydroxide Sigma Aldrich S8045 via Sigma-Aldrich
LB  agar See preparation above, add 15g Bacto Agar
Bacto Agar Sigma Aldrich A5306 via Sigma-Aldrich
Gentamicin sulfate, 10g BioReagent 1405-41-0 via Sigma-Aldrich
Kanamycin sulfate Gibco 11815024 via ThermoFisher
Ethanol, 190 proof Decon 04-355-221 via Fisher Scientific
Chemicals for Quality Control PCR
Primers User-preferred vendor See primers listed in Table 3
Corning cellgro Molecular Biology Grade Water Corning 46000CV via Fisher Scientific
Taq Polymerase Buffer Invitrogen 10342020 via ThermoFisher
Taq DNA Polymerase, recombinant Invitrogen 10342020 via ThermoFisher
dNTPs Invitrogen 10297018 via ThermoFisher
Agarose Sigma A9539 via Sigma-Aldrich

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Drenkard, E., Hibbler, R. M., Gutu, D. A., Eaton, A. D., Silverio, A. L., Ausubel, F. M., Hurley, B. P., Yonker, L. M. Replication of the Ordered, Nonredundant Library of Pseudomonas aeruginosa strain PA14 Transposon Insertion Mutants. J. Vis. Exp. (135), e57298, doi:10.3791/57298 (2018).

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