Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi ile Çevre metabolomik için düşük yoğunluklu Planktonik topluluklardan Metabolitlerinin Konsantrasyon
Summary
Mikrobiyal planktonik toplulukların metaboliti çıkarımı için bir yöntem sunulmaktadır. Tüm topluluk örnekleme özel hazırlanmış filtreler üzerine filtrasyon sağlanır. Liyofilizasyon sonra, sulu çözünür metabolitleri ekstre edilir. Bu yaklaşım doğal ya da deneysel mikrobiyal toplulukların trans-omik araştırmalar çevre metabolomik uygulaması için izin verir.
Abstract
Çevre metabolomik organizmalar cevap ve biyokimyasal 1. düzeyde çevre ve birbirleri ile nasıl etkileşime yeni bir anlayışın geliştirilmesinde bir gelişmekte olan bir alandır. Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi gibi çalışmalar için önemli vaadi ile, gaz kromatografisi-kütle spektrometresi (GC-MS) dahil olmak üzere çeşitli teknolojileri biridir. NMR avantajları, hedefsiz analizler için uygundur yapısal bilgi sağlar ve spektrumları bireysel metaboliti spektrumları 2,3, son zamanlarda mevcut veri tabanları karşı niceliksel ve istatistiksel davranış içinde sorgulanabilir olmasıdır. Buna ek olarak, NMR spektral veriler birbirine taksonların fizyolojik yanıtları ve çevre 4,5,6 daha kapsamlı bir anlaşılmasını sağlamak için başka bir omik seviyeleri (örn. transkriptomik, genomik) veriler ile kombine edilebilir. Ancak, NMR zor yapma, diğer metabolomic yöntemlerine göre daha az duyarlı olduğu aphasta populasyonu düşük iyi tanımlanmış ve bu bütün dokuları, biofluids veya hücre kültürleri gibi kolayca ekstrakte kaynakları. metabolitlerin kıyasla düşük yoğunluklu ve metabolit konsantrasyonları olabilir doğal mikrobiyal sistemlerine kat Sonuç olarak, bugüne kadar yapılan mikropların birkaç doğrudan çevresel metabolomic çalışmalar, ana-symbiont sistemleri gibi kültür-tabanlı veya kolayca tanımlanan yüksek yoğunluklu ekosistemler, kararlı izotop etiketleme olabilir bağırsak çevre ko-kültür veya manipülasyonlar inşa sınırlı olmuştur Buna ek olarak NMR sinyalleri 7,8,9,10,11,12 artırmak için kullanılır. NMR için uygun konsantrasyonda çevresel metabolitlerinin konsantrasyonu ve toplanmasını kolaylaştırmak yöntemler eksiktir. Son dikkatini çok enerji ve malzeme akışının planktonik topluluk 13,14 aracılık su ortamında, içindeki organizmaların çevre metabolomik verilmiş olduğundan, biz konsantrasyon için bir yöntem geliştirdiTION ve süzülerek planktonik mikrobiyal sistemlerinden tam topluluk metabolitlerin çıkarma. Piyasada bulunan hidrofilik poli-1 ,1-difluoroethene (PVDF) filtreleri özel olarak tamamen aksi takdirde daha sonraki analizlerde kirleticiler gibi görünebilir özleri, kaldırmak için tedavi edilir. Bu tedavi filtreler daha sonra ilgi, çevresel ya da deney örnekleri filtrelemek için kullanılır. Islak numune filtreleri içeren liyofilize ve sulu-çözünür metabolitleri standart bir potasyum fosfat tampon ekstraksiyon 2 kullanılarak konvansiyonel NMR spektroskopisi için doğrudan ayıklanır. Bu yöntemlerden elde edilen veriler istatistiksel olarak anlamlı desenleri tanımlamak için analiz, ya da topluluk ve ekosistem fonksiyonlarının kapsamlı bir anlayış için diğer omik seviyeleri ile entegre edilebilir.
Protocol
Discussion
Burada gösterildiği filtrasyon ve metaboliti ekstraksiyon yöntemi NMR metabolomik için yeterli miktarda toplanabilir üzere mikrobik planktonik biyokütle sağlar. KPI ve 1D 1 H-NMR kullanarak sulu bir çözünür metabolitlerinin, sadece ekstraksiyon gösterilmiştir birlikte, başka bir ekstraksiyon çözücüsü ve spektroskopik yaklaşımlar kullanılabilir. Bir yararlı örneğin heterojen örnekleri üstün NMR spektrumları üretmek için gösterilen ve paramanyetik iyonları tarafından kirlenmeye…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma kısmen desteklenen Hibeler-Aid Eğitim, Kültür, Spor, Bilim Bakanlığı keşif araştırma (JK), ve Bilimsel Araştırma (A) (JK ve SM) zorlu Bilimsel Araştırma ve Teknoloji, Japonya . Bir RIKEN FPR Bursu (RCE) ek destek sağlanmaktadır. Yazarlar Dr kendi şükranlarımı sunuyorum. Eisuke Chikayama, NMR ve istatistiksel analizler ile teknik yardım için Yasuyo Sekiyama ve Mami Okamoto.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| 0.22 μm hydrophilic Durapore PVDF filters, 25 mm | Millipore | GVWP02500 | |
| Microanalysis Filter Holder, 25 mm, fritted glass support | Millipore | XX1002500 | |
| 3-place manifold, 47 mm, stainless steel | Millipore | XX2504735 | |
| KH2PO4 | Wako | 169-04245 | |
| K2HPO4 | Wako | 164-04295 | |
| Deuterium oxide, 2H > 90% | Campridge Isotope Laboratoties | DLM-4 | |
| DSS | Fluka | 92754 | |
| Automill | Tokken | TK-AM4 | Stainless steel crushers included |
| Thermomixer comfort | Eppendorf | 5355 000.011 | |
| Bioruptor | Diagenode | UCD-200 | |
| Vacuum evaporator | EYELA | CVE-3100 | |
| NMR | Bruker | DRX-500 with 5 mm-TXI probe | |
| Spectral binning tool | Originally developed | FT2DB | https://database.riken.jp/ecomics/ |
| Metabolite annotation tool and database | Originally developed | SpinAssign | http://prime.psc.riken.jp/?action=nmr_search |
References
- Bundy, J. G., Davey, M. P., Viant, M. R. Environmental metabolomics: a critical review and future perspectives. Metabolomics. 5, 3-21 (2008).
- Chikayama, E., et al. Statistical indices for simultaneous large-scale metabolite detections for a single NMR spectrum. Anal. Chem. 82, 1653-1658 (2010).
- Lewis, I. A., Schommer, S. C., Markley, J. L. rNMR: open source software for identifying and quantifying metabolites in NMR spectra. Magn. Reson. Chem. 47, S123-S126 (2009).
- Li, M., et al. Symbiotic gut microbes modulate human metabolic phenotypes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 2117-2122 (2008).
- Mochida, K., Furuta, T., Ebana, K., Shinozaki, K., Kikuchi, J. Correlation exploration of metabolic and genomic diversity in rice. BMC Genomics. 10, 568 (2009).
- Fukuda, S., et al. Bifidobacteria can protect from enteropathogenic infection through production of acetate. Nature. 469, 543-547 (2011).
- Kikuchi, J., Hirayama, T. Practical aspects of stable isotope labeling of higher plants for a hetero-nuclear multi-dimensional NMR-based metabolomics. Methods Mol. Biol. 358, 273-286 (2007).
- Martin, F. P., et al. A top-down systems biology view of microbiome-mammalian metabolic interactions in a mouse model. Mol. Syst. Biol. 3, 112 (2007).
- Mahrous, E. A., Lee, R. B., Lee, R. E. A rapid approach to lipid profiling of mycobacteria using 2D HSQC NMR maps. J. Lipid Res. 49, 455-463 (2008).
- Fukuda, S., et al. Evaluation and characterization of bacterial metabolic dynamics with a novel profiling technique, real-time metabolotyping. PloS ONE. 4, e4893 (2009).
- Date, Y., et al. New monitoring approach for metabolic dynamics in microbial ecosystems using stable-isotope-labeling technologies. J. Biosci. Bioeng. 110, 87-93 (2010).
- Nakanishi, Y., et al. Dynamic omics approach identifies nutrition-mediated microbial interactions. J. Proteome Res. 10, 824-836 (2011).
- Falkowski, P., Barber, R., Smetacek, V. Biogeochemical controls and feedbacks on ocean primary production. Science. 281, 200-207 (1998).
- Viant, M. R. Metabolomics of aquatic organisms: the new ‘omics’ on the block. Mar. Ecol. Prog. Ser. 332, 301-306 (2007).
- Sekiyama, Y., Chikayama, E., Kikuchi, J. Evaluation of a semipolar solvent system as a step toward heteronuclear multidimensional NMR-based metabolomics for 13C-labeled bacteria, plants, and animals. Anal. Chem. 83, 719-726 (2011).
- Delaglio, F., et al. NMRPipe: A multidimensional spectral processing system based on UNIX pipes. J. Biomol. NMR. 6, 277-293 (1995).
- Wang, T., et al. Automics: an integrated platform for NMR-based metabonomics spectral processing and data analysis. BMC Bioinformatics. 10, 83 (2009).
- Eldon, L., et al. BioMagResBank. Nucleic Acids Res. 36, D402-D408 (2007).
- Sekiyama, Y., Chikayama, E., Kikuchi, J. Profiling polar and semipolar plant metabolites throughout extraction processes using a combined solution-state and high-resolution magic angle spinning NMR approach. Anal. Chem. 82, 1643-1652 (2011).
