Vorwärts Genetische Ansätze in<em> Chlamydia trachomatis</em
Summary
Wir beschreiben eine Methode zur Genanalyse in Chlamydia auf chemische Mutagenese und Sequenzierung des gesamten Genoms basiert durchzuführen. Außerdem wird ein System zum Austausch DNA in infizierten Zellen beschrieben, die für die genetische Kartierung verwendet werden. Diese Methode ist breit anwendbar zu mikrobiellen Systemen fehlt Transformation Systeme und molekulargenetische Werkzeuge.
Abstract
Chlamydia trachomatis, der Erreger von sexuell übertragbaren Krankheiten und Augeninfektionen bleibt schlecht aufgrund seiner Unnachgiebigkeit der experimentellen Transformation dadurch mit rekombinanten DNA. Wir entwickelten einen Ansatz zur genetischen Analyse in C durchführen trachomatis trotz der fehlenden molekulargenetischen Werkzeugen. Unsere Methode beinhaltet: i) chemische Mutagenese schnell generieren umfangreiche Bibliotheken von genetisch definierten Mutanten mit unterschiedlichen Phänotypen, ii) Whole-Genome Sequencing (WGS), um die zugrunde liegenden genetischen Läsionen abzubilden und Assoziationen zwischen mutierten Gens (s) zu finden und.. eine gemeinsame Phänotyp;. iii) Generierung von rekombinanten Stämmen durch Co-Infektion von Säugerzellen mit Mutante und Wildtyp Bakterien. Dementsprechend konnten wir kausalen Beziehungen zwischen Genotypen und Phänotypen zu etablieren. Die Kopplung von chemisch-induzierte Gen Variation und WGS zu etablieren Korrelat Genotyp-Phänotyp-Assoziationen Should im Großen und Ganzen für die große Liste von medizinisch und ökologisch wichtige Mikroorganismen derzeit unlösbar zu genetischen Analyse.
Introduction
Die obligat intrazelluläre Bakterium Chlamydia trachomatis Konten für schätzungsweise 2,8 Millionen Genitaltrakt Infektionen pro Jahr in den Vereinigten Staaten (Center for Disease Control) mit assoziierten Folgeerkrankungen wie Adnexitis, ektope Schwangerschaften und Unfruchtbarkeit (1). Chlamydia spp haben eine einzigartige Physiologie mit einem zweiphasigen Entwicklungszyklus bestehend aus zwei Formen: die ansteckende, aber nicht-replizierenden elementaren Körper (EB) und der infektiösen aber replikativen reticulate Körper (RB). Infektion beginnt mit der Befestigung der EBs Epithelzellen durch endoctyotosis (2). Innerhalb einer membrangebundenen Vakuole bezeichnet eine Aufnahme, EBS in die RB Form, die dann repliziert durch binäre Spaltung unterscheiden. In der Mitte des Zyklus, RBs Übergänge zurück in EBs, die dann in den extrazellulären Raum ausgestoßen werden, um neue Runden der Infektion zu initiieren, wenn die Wirtszelle lysiert (3).
C. trachomatis istrefraktär Routinemanipulation mit Standard molekulargenetische Werkzeuge, wie gezielte Gen-Ersatz, Transposons und Transduzieren Phagen, die von zentraler Bedeutung für die meisten Studien in Bakteriengenetik haben, ist es unklar, in welchem Umfang einzelne Chlamydia Gene tragen zur Umgehung der angeborenen Immunität , Nährstoff Erwerb, Entwicklung Übergänge oder andere Prozesse wichtig für das Überleben des Erregers in einem eukaryotischen Wirt (4). Folglich bleibt diese Erreger schlecht charakterisiert trotz ihrer klinischen Bedeutung.
Die Genome von Chlamydia spp. sind relativ klein (~ 1 Mb) (5) mit mehreren Arten und Biovare sequenziert mit Next Generation Sequencing-Technologien. Vergleichende Genomanalyse von WGS hat einzigartige Einblicke in die Evolution der Chlamydien-Arten und ihre Anpassung an den Menschen (6-8) und in gewissem Umfang zur Verfügung gestellt hat einige Informationen zur Verfügung gestellt, um das Potenzial in Abhängigkeit von Virulenzfaktoren (9, 10). Ter genetischen Vielfalt von klinischen Isolaten angezeigt nicht die Auflösung erforderlich ist, um systematisch Karte die Funktion der meisten Virulenzfaktoren, vermutlich, weil Mutationen in solchen Genen wäre leicht gegen ausgewählt haben. Ohne verwirrende Effekte aus natürlichen Selektion, erbgutverändernd-induced gene Variante mit definierten Tests, die Maßnahme Mängel in der Virulenz, das Spektrum von Mutationen, die befragt werden können, erweitern können gekoppelt. Chemische Mutagene, insbesondere, sind nützlich, da sie null, bedingten, hypomorphen (reduzierter Funktion) zu erzeugen, und hypermorphic (gain of function) Allele. Mit der Ankunft der robusten nächsten Generation Genom-Sequenzierung Technologien können solche Mutationen leicht identifiziert werden und kartiert. Auf diese Weise können starke Assoziationen zwischen Mutationen in einem Gen oder einer genetischen Weg und einem gemeinsamen Phänotyp gebildet werden, wodurch die Anwendung von Vorwärts genetische Ansätze.
Die Genomsequenzen von klinischen Stämmen offenbarte mosaicism bwischen Serovare und loci der häufigen Rekombination (11). Empirische Daten der Rekombination wurde durch Co-Infektion von zwei verschiedenen Antibiotika-resistenten Stämmen und Selektion resistenter Dual rekombinanten Nachkommenschaft, die offenbarte genetischen Beiträge von beiden Stämme (12, 13) nachgewiesen. Somit ermöglicht genetischen Austausch zwischen Wildtyp und Mutanten in einem Ko-Infektion Einstellung Trennung von chemisch induzierten Mutationen, die betroffene Gen, das den beobachteten Phänotyp führt zu lokalisieren.
Hier beschreiben wir eine Methode zur Genanalyse in Chlamydia auf chemische Mutagenese, WGS, und ein System für die DNA-Austausch innerhalb infizierter Zellen (14) (Abbildung 1) durchzuführen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Methode entspricht den grundlegenden Anforderungen für die genetische Analyse, wie es Verbindung zwischen Genotypen und Phänotypen herstellt. Wichtig ist, dass diese ohne Hilfe üblicher molekulare Werkzeuge für die rekombinante DNA-Transformation und Insertions-Inaktivierung von Genen in Bakterien, die oft eine geschwindigkeitsbestimmende Schritt in der Analyse der Genfunktion in nicht-Modell Mikroben erreicht.
Ein kritischer Schritt ist Klonalitätsanalyse von plaquegereinigt Muta…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Life Technologies | 11995-073 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Cellgro | 35-010-CV | |
| Ethyl methanesulfonate (EMS) | Sigma | M0880 | |
| Cyclohexamide | Sigma | C4859-1ML | |
| Gentamicin | Life Technologies | 15750-060 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Life Technologies | 14190-144 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) solution with 0.493 mM MgCl2 and 0.901 mM CaCl2 (PBS+MgCl2/CaCl2) | Life Technologies | 14040-133 | |
| 1 M NaOH | |||
| 5x SPG buffer (1.25 M sucrose, 50 mM sodium phosphate, 25 mM glutamic acid) | |||
| SPG buffer (0.25 M sucrose, 10 mM sodium phosphate, 5 mM glutamic acid) | |||
| Water (sterile, tissue culture grade) | |||
| 2x DMEM (prepared from powder, buffered with 7.4 g/L Sodium Bicarbonate | Sigma | D7777 | |
| Nonessential amino acids (NEAA) | Life Technologies | 11140-050 | |
| 1.2% GTG Agarose , autoclaved | Lonzo | 50070 | |
| Genomic DNA purification kits | Qiagen | 69504 | |
| DNAzol | Life Technologies | 10503-027 | |
| Ethanol (molecular biology grade) | |||
| 8 mM NaOH | |||
| 0.1 M HEPES ( 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) buffer | |||
| 25 cm2 tissue culture flasks (T25 flasks) | |||
| 6-well tissue culture plates | |||
| 12-well tissue culture plates | |||
| 96-well tissue culture plates | |||
| Chemical safety hood | |||
| Biological safety hood | |||
| >Centrifuge and adaptors for spinning tissue plates | |||
| >Dissection microscope | |||
| Fluorometer (Qubit) | Invitrogen | Q32866 | |
| Adaptive Focused Acoustics S220 instrument | Covaris |
References
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