Denne protokol beskriver en 96-brønds forstyrrelse af individuelle bakterielt koloniserede Caenorhabditis elegans efter kold lammelse og overfladeblegning for at fjerne eksterne bakterier. Den resulterende suspension er belagt på agarplader for at muliggøre nøjagtig kvantificering af bakteriebelastningen i et stort antal individuelle orme.
Nematoden Caenorhabditis elegans er et modelsystem for værtsmikrobe- og værtsmikrobiominteraktioner. Mange undersøgelser til dato bruger batchfordøjelser snarere end individuelle ormprøver til at kvantificere bakteriebelastning i denne organisme. Her hævdes det, at den store interindividuelle variabilitet, der ses i bakteriel kolonisering af C. elegans tarm, er informativ, og at batchfordøjelsesmetoder kasserer information, der er vigtig for nøjagtig sammenligning på tværs af betingelser. Da beskrivelsen af variationen i disse prøver kræver et stort antal individer, etableres en bekvem 96-brønds pladeprotokol til forstyrrelse og kolonibelægning af individuelle orme.
Heterogenitet i værtsmikrobeforeninger observeres allestedsnærværende, og variation mellem individer anerkendes i stigende grad som en medvirkende faktor i processer på befolkningsniveau fra konkurrence og sameksistens1 til sygdomsoverførsel 2,3,4. I C. elegans er “skjult heterogenitet” inden for isogene populationer blevet observeret gentagne gange, hvor underpopulationer af individer viser forskellige fænotyper i varmechokrespons 5,6, aldring og levetid 7,8,9,10,11 og mange andre aspekter af fysiologi og udvikling12 . De fleste analyser, der forsøger at identificere subpopulationsstruktur, giver bevis for to underpopulationer i eksperimentelle populationer af isogene, synkroniserede orme 5,7,8, selvom andre data antyder muligheden for fordeling af træk inden for befolkningen snarere end forskellige grupper 7,12,13 . Af relevans her observeres betydelig heterogenitet i tarmpopulationer selv inden for isogene populationer af orme koloniseret fra en fælles kilde til mikrober 13,14,15,16, og denne heterogenitet kan skjules af batchfordøjelsesmålingerne, der er meget udbredt 17,18,19,20 til bakteriel kvantificering i ormen.
Dette arbejde præsenterer data, der tyder på et behov for større afhængighed af enkeltormmålinger i værtsmikrobeforening samt protokoller for at øge nøjagtigheden og gennemstrømningen i enkeltormforstyrrelse. Disse protokoller er designet til at lette mekanisk forstyrrelse af et stort antal individuelle C. elegans til kvantificering af levedygtig bakteriebelastning, samtidig med at de giver bedre repeterbarhed og lavere indsats pr. Prøve end pestlebaseret forstyrrelse af individuelle orme. Et anbefalet tarmrensningstrin, hvor orme får lov til at fodre med varmedræbt E. coli inden forberedelsen til afbrydelse, er inkluderet for at minimere bidrag fra nyligt indtagne og andre forbigående (ikke-klæbende) bakterier. Disse protokoller inkluderer en koldlammelsesmetode til rengøring af neglebåndet med en lavkoncentrationsoverfladeblegebehandling; overfladeblegning kan bruges som et forberedende trin i enkeltormforstyrrelse eller som en metode til fremstilling af levende, eksternt kimfrie orme. Denne overfladeblegningsmetode er tilstrækkelig til at fjerne en bred vifte af eksterne mikrober, og koldbehandling giver et alternativ til konventionel levamisolbaseret lammelse; mens levamisol vil blive foretrukket til koldfølsomme eksperimenter, minimerer koldlammelse bidrag til farlige affaldsstrømme og muliggør hurtig genoptagelse af normal aktivitet. Mens den fulde protokol beskriver et laboratorieforsøg, hvor orme koloniseres med kendte bakterier, kan procedurerne for rengøring af orme og enkeltormforstyrrelse let anvendes på orme isoleret fra vilde prøver eller koloniseret i mikrokosmoseksperimenter. De protokoller, der er beskrevet her, producerer levende bakterier ekstraheret fra ormtarmen, der er egnede til plettering og kvantificering af kolonidannende enheder (CFU’er) i individuelle orme; til sekventeringsbaseret analyse af tarmsamfundet bør efterfølgende cellelysis- og nukleinsyreekstraktionstrin tilføjes til disse protokoller.
Her præsenteres data om fordelene ved enkeltormkvantificering af bakteriebelastning i C. elegans sammen med en 96-brønds afbrydelsesprotokol for at muliggøre hurtig og konsekvent erhvervelse af store datasæt af denne type. Sammenlignet med eksisterende metoder33 tillader disse protokoller måling af tarmmikrobielle samfund med højere kapacitet i ormen.
Denne tilgang har plettering som et hastighedsbegrænsende trin og er ikke virkelig “high-throughput”. Cy…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil gerne anerkende H. Schulenberg og C. LaRock for deres generøse deling af bakteriestammer, der anvendes i disse eksperimenter. Dette arbejde blev støttet af finansiering fra Emory University og NSF (PHY2014173).
96-well flat-bottom polypropylene plates, 300 uL | Evergreen Labware | 290-8350-03F | |
96-well plate sealing mat, silicon, square wells (AxyMat) | Axygen | AM-2ML-SQ | |
96-well plates, 2 mL, square wells | Axygen | P-2ML-SQ-C-S | |
96-well polypropylene plate lids | Evergreen Labware | 290-8020-03L | |
Agar | Fisher Scientific | 443570050 | |
Bead mill adapter set for 96-well plates | QIAGEN | 119900 | Adapter plates for use with two 96-well plates on the TissueLyser II |
Bead mill tissue homogenizer (TissueLyser II) | QIAGEN | 85300 | Mechanical homogenizer for medium to high-throughput sample disruption |
BioSorter | Union Biometrica | By quotation | Large object sorter equipped with a 250 micron focus for C. elegans |
Bleach, commercial, 8.25% sodium hypochlorite | Clorox | ||
Breathe-Easy 96-well gas permeable sealing membrane | Diversified Biotech | BEM-1 | Multiwell plate gas permeable polyurethane membranes. Thin sealing film is permeable to O2, CO2, and water vapors and is UV transparent down to 300 nm. Sterile, 100/box. |
Calcium chloride dihydrate | Fisher Scientific | AC423525000 | |
Cholesterol | VWR | AAA11470-30 | |
Citric acid monohydrate | Fisher Scientific | AC124910010 | |
Copper (II) sulfate pentahydrate | Fisher Scientific | AC197722500 | |
Corning 6765 LSE Mini Microcentrifuge | Corning | COR-6765 | |
Disodium EDTA | Fisher Scientific | 409971000 | |
DL 1,4 Dithiothreitol, 99+%, for mol biology, DNAse, RNAse and Protease free, ACROS Organics | Fisher Scientific | 327190010 | |
Eppendorf 1.5 mL microcentrifuge tubes, natural | Eppendorf | ||
Eppendorf 5424R microcentrifuge | Eppendorf | 5406000640 | 24-place refrigerated benchtop microcentrifuge |
Eppendorf 5810R centrifuge with rotor S-4-104 | Eppendorf | 22627040 | 3L benchtop centrifuge with adaptors for 15-50 mL tubes and plates |
Eppendorf plate bucket (x2), for Rotor S-4-104 | Eppendorf | 22638930 | |
Ethanol 100% | Fisher Scientific | BP2818500 | |
Glass beads, 2.7 mm | Life Science Products | LS-79127 | |
Glass beads, acid-washed, 425-600 µm | Sigma | G877-500G | |
Glass plating beads | VWR | 76005-124 | |
Hydrochloric acid | VWR | BDH7204-1 | |
Iron (II) sulfate heptahydrate | Fisher Scientific | 423731000 | |
Kimble Kontes pellet pestle motor | DWK Life Sciences | 749540-0000 | |
Kimble Kontes polypropylene pellet pestles and microtubes, 0.5 mL | DWK Life Sciences | 749520-0590 | |
Leica DMi8 motorized inverted microscope with motorized stage | Leica | 11889113 | |
Leica LAS X Premium software | Leica | 11640687 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Fisher Scientific | AC124900010 | |
Manganese(II) chloride tetrahydrate | VWR | 470301-706 | |
PARAFILM M flexible laboratory sealing film | Amcor | PM996 | |
Peptone | Fisher Scientific | BP1420-500 | |
Petri dishes, round, 10 cm | VWR | 25384-094 | |
Petri dishes, round, 6 cm | VWR | 25384-092 | |
Petri dishes, square, 10 x 10 cm | VWR | 10799-140 | |
Phospho-buffered saline (1X PBS) | Gold Bio | P-271-200 | |
Polypropylene autoclave tray, shallow | Fisher Scientific | 13-361-10 | |
Potassium hydroxide | Fisher Scientific | AC134062500 | |
Potassium phosphate dibasic | Fisher Scientific | BP363-1 | |
Potassium phosphate monobasic | Fisher Scientific | BP362-1 | |
R 4.1.3/RStudio 2022.02.0 build 443 | R Foundation | n/a | |
Scoop-type laboratory spatula, metal | VWR | 470149-438 | |
Silicon carbide 36 grit | MJR Tumblers | n/a | Black extra coarse silicon carbide grit. Available in 0.5-5 lb sizes from this vendor. |
Sodium dodecyl sulfate | Fisher Scientific | BP166-100 | |
Sodium hydroxide | VWR | BDH7247-1 | |
Sodium phosphate dibasic anhydrous | Fisher Scientific | BP332-500 | |
Sodum chloride | Fisher Scientific | BP358-1 | |
Sucrose | Fisher Scientific | AC419760010 | |
Tri-potassium citrate monohydrate | Fisher Scientific | AC611755000 | |
Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-100 | |
Zinc sulfate heptahydrate | Fisher Scientific | AC205982500 |