ניתוח מדויק, תפוקה גבוהה של התפתחות חיידקים
Summary
הערכה כמותית של התפתחות חיידקים חיוני להבנת הפיזיולוגיה מיקרוביאלי כתופעה מערכות ברמת. פרוטוקול עבור גישה אנליטית מניפולציה ניסויית הם הציגו, המאפשר ניתוח מדויק, תפוקה גבוהה של התפתחות חיידקים, אשר הוא נושא מפתח עניין במערכות ביולוגיות.
Abstract
התפתחות חיידקים הוא מושג מרכזי בהתפתחות של פיזיולוגיה מיקרוביאלי מודרניים, כמו גם בחקירה של דינמיקה סלולר ברמת מערכות. מחקרים שנעשו לאחרונה דיווחו על מתאמים בין התפתחות חיידקים ואירועים הגנום כולו, כגון ארגון מחדש, הפחתת ו- transcriptome, הגנום. כראוי ניתוח התפתחות חיידקים חיוני להבנת התיאום תלויי-צמיחה של ג’ין פונקציות ורכיבים הסלולר. בהתאם לכך, הערכה כמותית מדויקת של התפתחות חיידקים באופן תפוקה גבוהה נדרש. התפתחויות טכנולוגיות המתעוררים מציעים כלים חדשים ניסיוני לאפשר עדכוני שיטות לימוד התפתחות חיידקים. פרוטוקול הציג כאן מעסיקה קורא microplate עם הליך ניסיוני מאוד וממליצה על הערכה מדויקת הדירים של התפתחות חיידקים. פרוטוקול זה שימש להערכת הצמיחה של מספר זנים Escherichia coli שתואר קודם לכן. השלבים העיקריים של הפרוטוקול הם כדלקמן: הכנת כמות גדולה של מניות תא בקבוקונים קטנים לבדיקות חוזרות ונשנות עם תוצאות לשחזור, השימוש של 96-ובכן צלחות להערכת גידול בתפוקה גבוהה בחישוב ידני של מייג’ור שני פרמטרים (קרי, צפיפות האוכלוסין וקצב הצמיחה המקסימלי) המייצג את הדינמיקה צמיחה. בהשוואה המסורתית המושבה יוצרי יחידה (CFU) וזמינותו, מה. שמסביר את התאים מתורבתים צינורות זכוכית לאורך זמן על פלטות אגר, השיטה הנוכחית יעיל יותר, מספק מפורט יותר רשומות הטמפורלי של צמיחה שינויים, אבל יש על ההחמרה מגבלת זיהוי-צפיפות אוכלוסין נמוכה. לסיכום, השיטה המתוארת היא יתרון לניתוח לשחזור ומדויק תפוקה גבוהה של התפתחות חיידקים, אשר יכול לשמש להסיק מסקנות רעיונית או כדי לבצע תצפיות תיאורטי.
Introduction
מחקרים מיקרוביולוגית בדרך כלל מתחילים עם התרבות של תאים חיידקיים, את ההערכה של עקומות התפתחות חיידקים, אשר מייצגים תופעה הבסיסית של פיזיולוגיה בקטריאליות1,2,3. עקרונות תרבות בסיסיים זמינים באופן נרחב ספרות המחקר שפורסם ואת ספרי הלימוד כי התרבות חיידקי היא מתודולוגיה היסוד. ברמת ספסל, תשומת לב רבה התמקדה באופן מסורתי על אופטימיזציה של צמיחה מדיה ו culturing תנאים, אך שליטה הצמיחה, אשר סביר לספק הבנה אפילו טובה יותר של חיידקים פיזיולוגיה, לא היה למדה בהרחבה4. עבור שמתקדמות חיידקים, פרמטר מפתח של המדינה הסלולר הוא שיעור צמיחה, אשר דווחה בתיאום עם הגנום, transcriptome, פרוטאום5,6,7,8 . לפיכך, הערכה כמותית של התפתחות חיידקים חיוני להבנת הפיזיולוגיה מיקרוביאלי.
כדי להעריך את התפתחות חיידקים, השיטות ניסיוני המשמש להערכת ביומסה וותיקה9,10 הינם מבוססים על הגילוי של פרמטרים ביוכימיים, פיזי או ביולוגיים, כגון עכירות אופטי. בנוסף, שיטות אנליטיות להשתמש כדי ללכוד את מאפייני צמיחה שינויים דינמיים בדרך כלל מבוססים על ויצר מודלים ליניאריים11,12,13, לדוגמה, לוגיסטיים משוואות. דינמיקה הגדילה נרכשים בדרך כלל על ידי דגימה מתוזמן של צמיחת תאים בתרבות באמצעות מדידת עכירות אופטי או ביצוע מבחני יחידה (CFU) המושבה יוצרי. המגבלה של שיטות אלה culturing וזיהוי היא נקודות הנתונים אינם השתקפות אמיתית של המלאכותיות כי מרווחי המדידה הם לעיתים קרובות בשעות וכי התנאי תרבות (למשל, שינויים בטמפרטורה, לערבב) מופר בזמנו של הדגימה. תרבות טכניקות ניתוח יש לעדכן באמצעות התפתחויות הטכנולוגיה והבנה. התפתחויות אחרונות microplate הקוראים לאפשר התצפית בזמן אמת של התפתחות חיידקים, להקטין באופן משמעותי את עלויות העבודה. באמצעות אלה מכשירים מתקדמים, המחקרים העדכניים ביותר על התפתחות חיידקים דיווחו על שיטות אנליטיות על תפוקה גבוהה מידות14,15.
המטרה של פרוטוקול זה היא להעריך את הדינמיקה צמיחה מדויק באופן תפוקה גבוהה, אשר יהיה יקר עבור מחקרים כמותיים המטפלות בסופו של דבר את השאלות כיצד נקבע קצב הגידול, אילו גורמים משפיעים על הצמיחה. הפרוטוקול מענה כל הגורמים אשר צריכים להילקח בחשבון עבור כימות הדיר ומדויק של התפתחות חיידקים. השיטה הניסיונית וניתוח מתוארים בפירוט רב הטקסט העיקרי. שיטה זו מאפשרת ניתוח לשחזור ומדויק של התפתחות חיידקים באופן תפוקה גבוהה. מיקרוביולוגים ניתן להשתמש בפרוטוקול זה להפיק תוצאות כמותיות נוספות מהראיות ניסיוני שלהם. פרוטוקול זה יכול לשמש גם ללימודי במערכות ביולוגיות שמנסות להסיק מסקנות רעיונית או להשיג סקירה תיאורטית של צמיחה.
Protocol
Representative Results
Discussion
שלבים קריטיים בפרוטוקול כוללות הכנת מלאי משותף של שמתקדמות תאים, השכפול של הדגימות באותו בבארות מרובים-עמדות שונות על microplate. בעבר, מיקרוביולוגים החלה התרבות מתרבות מראש בין לילה. בעוד ששיטה זו עשויה להפחית את זמן ההשהיה של התפתחות חיידקים, קשה להשיג. את עקומות גדילה לשחזור. כפי שמוצג <strong cl…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים אין לחשוף.
Materials
| K2HPO4 | Wako | 164-04295 | |
| KH2PO4 | Wako | 166-04255 | |
| (NH4)2SO4 | Wako | 019-03435 | |
| MgSO4-7H2O | Wako | 138-00415 | |
| Thiamine-HCl | Wako | 201-00852 | |
| glucose | Wako | 049-31165 | |
| HCl | Wako | 080-01066 | |
| Iron (II) sulfate heptahydrate (FeSO4-7H2O) | Wako | 094-01082 | |
| KOH | Wako | 168-21815 | |
| Glycerol | Wako | 075-00611 | |
| Centrifuge tube (50 mL, sterilized) | WATSON | 1342-050S | |
| Pipette Tips, 200 µL | WATSON | 110-705Y | |
| Pipette Tips, 1000 µL | WATSON | 110-8040 | |
| Microtube (1.5 mL) | WATSON | 131-715C | |
| 8 multichannel-pipette | WATSON | NT-8200 | |
| PASORINA STIRRER | AS ONE | 2-4990-02 | |
| Glass cylinder (200 mL) | AS ONE | 1-8562-07 | |
| Precision pH mater | AS ONE | AS800 / 1-054-01 | |
| Pipetman P-200 | GILSON | 1-6855-05 | |
| Pipetman P-1000 | GILSON | 1-6855-06 | |
| Disposable Serolocical Pipettes (10 mL) | SANPLATEC | SAN27014 | |
| Disposable Serolocical Pipettes (25 mL) | SANPLATEC | SAN27015 | |
| Microtube stand | BM Bio | 801-02Y | |
| Vortex | BM Bio | BM-V1 | |
| Corning Costar 96-well microplate with lid (Flat bottom, Clear) | Sigma-Aldrich | Corning, 3370 | |
| Corning Costar reagent reservoir (50 mL) | Sigma-Aldrich | Corning, 4870 | |
| Stericup GV PVDF (250 mL, 0.22 µM) | Merck Millipore | SCGVU02RE | |
| Pipet-Aid XP | DRUMMOND | 4-000-101 | |
| Bioshaker (BR-23UM MR) | TAITEC | 0053778-000 | |
| Disposal cell (1.5 mL) | Kartell | 1938 / 2-478-02 | |
| DU 730 Life Science UV/Vis Spectrophotometer | Beckman Coulter | A23616 | |
| EPOCH2 | BioTek | 2014-EP2-002 / EPOCH2T | |
| Beaker (500 mL) | IWAKI | 82-0008 | |
| BIO clean bench | Panasonic | MCV-B131F | |
| Glass tubes | NICHIDEN RIKA GLASS | P-10M~P-30 /101019 | |
| Silicone rubber stoppers | ShinEtsu Polymer | T-19 | |
| Bacterial strains | Strain bank organization; National Bio Resource Project (NBRP) in Japan |
Referências
- Kovarova-Kovar, K., Egli, T. Growth kinetics of suspended microbial cells: from single-substrate-controlled growth to mixed-substrate kinetics. Microbiol Mol Biol Rev. 62 (3), 646-666 (1998).
- Soupene, E., et al. Physiological studies of Escherichia coli strain MG1655: growth defects and apparent cross-regulation of gene expression. J Bacteriol. 185 (18), 5611-5626 (2003).
- Sezonov, G., Joseleau-Petit, D., D’Ari, R. Escherichia coli physiology in Luria-Bertani broth. J Bacteriol. 189 (23), 8746-8749 (2007).
- Egli, T. Microbial growth and physiology: a call for better craftsmanship. Front Microbiol. 6, 287 (2015).
- Kurokawa, M., Seno, S., Matsuda, H., Ying, B. W. Correlation between genome reduction and bacterial growth. DNA Res. 23 (6), 517-525 (2016).
- Matsumoto, Y., Murakami, Y., Tsuru, S., Ying, B. W., Yomo, T. Growth rate-coordinated transcriptome reorganization in bacteria. BMC Genomics. 14, 808 (2013).
- Nahku, R., et al. Specific growth rate dependent transcriptome profiling of Escherichia coli K12 MG1655 in accelerostat cultures. J Biotechnol. 145 (1), 60-65 (2010).
- Dai, X., et al. Reduction of translating ribosomes enables Escherichia coli to maintain elongation rates during slow growth. Nat Microbiol. 2, 16231 (2016).
- Madrid, R. E., Felice, C. J. Microbial biomass estimation. Crit Rev Biotechnol. 25 (3), 97-112 (2005).
- Harris, C. M., Kell, D. B. The estimation of microbial biomass. Biosensors. 1 (1), 17-84 (1985).
- Yates, G. T., Smotzer, T. On the lag phase and initial decline of microbial growth curves. J Theor Biol. 244 (3), 511-517 (2007).
- Kargi, F. Re-interpretation of the logistic equation for batch microbial growth in relation to Monod kinetics. Lett Appl Microbiol. 48 (4), 398-401 (2009).
- Peleg, M., Corradini, M. G. Microbial growth curves: what the models tell us and what they cannot. Crit Rev Food Sci Nutr. 51 (10), 917-945 (2011).
- Sprouffske, K., Wagner, A. Growthcurver: an R package for obtaining interpretable metrics from microbial growth curves. BMC Bioinformatics. 17, 172 (2016).
- Hall, B. G., Acar, H., Nandipati, A., Barlow, M. Growth rates made easy. Mol Biol Evol. 31 (1), 232-238 (2014).
- Hermsen, R., Okano, H., You, C., Werner, N., Hwa, T. A growth-rate composition formula for the growth of E.coli on co-utilized carbon substrates. Mol Syst Biol. 11 (4), 801 (2015).
- Engen, S., Saether, B. E. r- and K-selection in fluctuating populations is determined by the evolutionary trade-off between two fitness measures: Growth rate and lifetime reproductive success. Evolution. 71 (1), 167-173 (2017).
