Verbesserung der Bacillus subtilis-Sporenzählung und Markierungsanalyse in der Durchflusszytometrie

Summary

Dieses Protokoll konzentriert sich auf die Verwendung von Durchflusszytometrie und Zählperlen zur Quantifizierung von Bakteriensporen, die mit Ethidiumbromid markiert sind. Die Methode ist auch effizient, um die kovalente Kopplung von Proteinen auf der Oberfläche intakter Sporen zu analysieren.

Abstract

Die Sporen von Bacillus subtilis wurden bereits für verschiedene biotechnologische und immunologische Anwendungen vorgeschlagen; Es besteht jedoch ein zunehmender Bedarf an der Entwicklung von Methoden, die den Nachweis von Antigenen, die auf der Oberfläche von Sporen immobilisiert sind, sowie deren Quantifizierung verbessern. Auf Durchflusszytometrie basierende Analysen wurden bereits als schnelle, zuverlässige und spezifische Ansätze zum Nachweis markierter Zellen von B. subtilis vorgeschlagen. In dieser Arbeit schlagen wir die Verwendung der Durchflusszytometrie vor, um die Anzeigeeffizienz eines fluoreszierenden Antikörpers (FA) auf der Oberfläche der Spore zu bewerten und die Anzahl der Sporen mit Hilfe von Zählkügelchen zu quantifizieren.

Dazu verwendeten wir Ethidiumbromid als DNA-Marker und einen Allophycocyanin (APC)-markierten Antikörper, der an die Sporen gekoppelt war, als Oberflächenmarker. Die Quantifizierung der Sporen wurde mit Hilfe von Zählkügelchen durchgeführt, da diese Technik eine hohe Genauigkeit bei der Detektion von Zellen aufweist. Die markierten Sporen wurden mit einem Durchflusszytometer analysiert, was die Kopplung bestätigte. Als Ergebnis konnte gezeigt werden, dass die DNA-Markierung die Genauigkeit der Quantifizierung mittels Durchflusszytometrie für den Nachweis von gekeimten Sporen verbessert. Es wurde beobachtet, dass Ethidiumbromid nicht in der Lage war, ruhende Sporen zu markieren; Diese Technik ermöglicht jedoch eine genauere Bestimmung der Anzahl der Sporen mit fluoreszierendem Protein, die an ihre Oberfläche gekoppelt sind, und hilft so bei der Entwicklung von Studien, die sich auf die Verwendung von Sporen als biotechnologische Plattform in verschiedenen Anwendungen konzentrieren.

Introduction

Bacillus subtilis ist ein stäbchenförmiges, grampositives Bakterium, das in der Lage ist, ruhende Sporen zu produzieren, wenn die Umweltbedingungen kein Zellwachstum zulassen¹. Sporen sind extrem stabile Zellformen, und die Sporen mehrerer Arten, einschließlich B. subtilis, werden häufig als Probiotika für den menschlichen und tierischen Gebrauch verwendet². Aufgrund ihrer Resistenz- und Sicherheitseigenschaften wurde die Spore von B. subtilis, die heterologe Proteine aufweist, als Schleimhautadjuvans, als Impfstoffverabreichungssystem und als Enzymimmobilisierungsplattform vorgeschlagen ^3,4.

Um Sporen von B. subtilis zu erhalten, ist es notwendig, sie mit einem speziellen Nährmedium einem Nährstoffentzug auszusetzen. Nach der Gewinnung und Reinigung dieser Sporen müssen sie quantifiziert werden, um die Testeffizienz zu verbessern ^5,6. Daher werden bestimmte Methoden angewendet, um die Konzentration der erhaltenen Sporen zu analysieren. Es kann eine Plattenzählung und eine Petroff-Hausser-Kammer, auch Zählkammer genannt, verwendet werden. Letzteres wurde ursprünglich entwickelt, um die Konzentration von Blutzellen zu bestimmen; Es ist jedoch möglich, es im Bereich der Mikrobiologie für die Sporenzählung zu verwenden ^7,8. Obwohl es sich um die Standardmethode für die Zellzählung handelt, ist das Ablesen mühsam, da diese Methode vollständig manuell ist und ihre Genauigkeit von der Erfahrung des Bedieners abhängt.

Durchflusszytometrie-basierte (FC) Analysen wurden bereits als schnelle, zuverlässige und spezifische Ansätze zum Nachweis markierter Zellen von Bacillus spp. vorgeschlagen. Die Verwendung von Durchflusszytometrie-Zählkügelchen hat die Reproduzierbarkeit bei der Zellzählung bei Routineuntersuchungen (absolute Zählung von CD4- und CD8-T-Lymphozyten) und bei der Entwicklung von Forschungsarbeiten mit Partikeln gewährleistet, die mit der Durchflusszytometrie nachgewiesen und gezählt werden können⁹. Godjafrey und Alsharif schlugen die Verwendung von Zählkügelchen zur FC-Quantifizierung von unmarkierten Sporen vor¹⁰. Der Einsatz der Durchflusszytometrie zur Überwachung der Sporulation bei Bacillus spp. durch Markierung der Sporen-DNA 10,11,12,13. In einer weiteren Studie wurde FC verwendet, um die Menge an fluoreszenzmarkierten Proteinen auf der Sporenoberfläche zu bewerten¹⁵.

Ziel dieser Studie war es, kommerzielle Zählkügelchen zu verwenden, um einen Standard der Reproduzierbarkeit in Bezug auf die Ereigniszählung mittels Durchflusszytometrie zu gewährleisten. In dieser Arbeit schlagen wir die Verwendung von Zählkügelchen für die Zellzählung in FC vor, um die Sporenzählung zu verfeinern und die Kopplungseffizienz von fluoreszenzmarkierten Antikörpern auf der Sporenoberfläche zu bewerten.

Protocol

In der Materialtabelle finden Sie Details zu allen Materialien, Instrumenten und Software, die in diesem Protokoll verwendet werden. 1. Einstellung der Durchflusszytometrie Abgleich der optischen Parameter des an einen Computer gekoppelten DurchflusszytometersMelden Sie sich bei der Cytometer-Software an. Wählen Sie im Arbeitsbereich der Software die Option Zytometer | Starten und einige Minuten warten | S…

Representative Results

In autoklavierten Sporenproben (AS) wurden 2 × 103 Sporen/μl und 1 × 103 Sporen/μl mit Hilfe von Zählkügelchen bzw. der Petroff-Hausser-Methode nachgewiesen (Abbildung 2). Abbildung 1: Allgemeines Schema zur Quantifizierung von Sporen. (A) Sporen, die mit EtBr mark…

Discussion

Herkömmliche Methoden, wie z.B. die Plattenzählung von Kolonien, sind nicht nur zeitaufwändig, sondern benötigen auch lebensfähige Zellen und erlauben keine Quantifizierung von inaktivierten Sporen⁵. Die Petroff-Hausser-Kammer ist eine alternative Methode, aber sie erfordert einen erfahrenen Mikroskopiker, um sie durchzuführen. Die Durchflusszytometrie hat sich hierfür als sinnvolle Alternative erwiesen.

Genovese et ^al.12 beschrieben die V…

Materials

((1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) (EDC)	Sigma	341006
(N-hydroxysuccinimide) (NHS)	Sigma	130672
Anti-human fluorescent antibody	BioLegend	501410	APC anti-human IL-10
Anti-mouse fluorescent antibody	Thermo Scientific	A32723	Alexa Fluor Plus 488
BD FACSCanto II	BD		Flow cytometer
BD FACSDiva Cytometer Setup & Tracking Beads Kit (use with BD FACSDiva software v 6.x)	BD	642412	Quality control reagent
BD FACSDiva Software v. 6.1.3	BD	643629	Software
Centrifuge MegaFuge 8R	Thermo Scientific	75007213
Counting Beads	BD	340334	TruCount Tubes
Eclipse 80i	Nikon		Fluorescent Microsope
Ethidium Bromide	Ludwig Biotec
Phosphate buffered saline	Sigma-Aldrich	A4503
Plastic Microtubes	Eppendorf
Polystyrene tube	Falcon	352008	5 mL polystyrene tube, 12 x 75 mm, without lid, non-sterile