Strato sottile cromatografica (TLC) Separazioni e Bioassays di estratti vegetali per identificare composti antimicrobici

Summary

I metodi sono descritti per cromatografia su strato sottile (TLC) separazione di estratti vegetali e contattare bioautografia per identificare i metaboliti antibatterici. I metodi sono applicati alla proiezione del trifoglio composti fenolici che inibiscono iper-ammoniaca batteri che producono (HAB) native del rumine dei bovini.

Abstract

Uno schermo comune per i composti antimicrobici vegetali consiste nel separare estratti vegetali da carta o cromatografia su strato sottile (TLC o PC), esponendo i cromatogrammi di sospensioni microbiche (ad esempio funghi o batteri in brodo o agar), dando il tempo per i microbi di crescere in un ambiente umido, e la visualizzazione zone senza crescita microbica. L'efficacia di questo metodo di screening, noto come bioautografia, dipende sia dalla qualità della separazione cromatografica e la cura con condizioni di coltura microbica. Questo articolo descrive i protocolli standard per TLC e contattare bioautografia con una nuova applicazione di aminoacidi batteri dell'acido fermentazione. L'estratto viene separata su flessibili (alluminio-di appoggio) lastre TLC silice, e le bande sono visualizzati sotto luce ultravioletta (UV). Le zone sono tagliati fuori e incubate a faccia in giù su agar inoculato con il microrganismo test. Bande inibitorie sono visibili con la colorazione della piastra di agars con tetrazolio rosso. Il metodo è applicato alla separazione di trifoglio rosso (Trifolium pratense cv. Kenland), composti fenolici e la loro selezione per attività contro il Clostridium sticklandii, un batterio che produce ammoniaca iper (HAB), che è nativo del rumine dei bovini. I metodi TLC applicano a molti tipi di estratti vegetali e altre specie batteriche (aerobici o anaerobici), così come funghi, può essere utilizzato come organismi di prova se le condizioni della coltura vengono modificate per adattarsi alle esigenze di crescita della specie.

Introduction

Saggio di composti antimicrobici nelle piante richiede separare i componenti di un estratto vegetale, esponendo un microrganismo di prova per tali componenti, e determinare se la crescita del microrganismo è inibita da qualsiasi dei composti. Separazioni di carta o cromatografia su strato sottile (TLC o PC) sono convenienti perché molti composti possono essere separati su una superficie planare. La separazione è basata sulla polarità, con alcuni composti vincolante strettamente al adsorbente (cellulosa nel caso di PC, e una varietà di adsorbenti nel caso di TLC) e la migrazione meno di altri ^1. Figura 1 fornisce un esempio delle posizioni relative composti fenolici polari e apolari dopo separazione su una piastra TLC silice.

Figura 1. Diagramma che illustra le distribuzioni di composti di diverse polarità dopo la separazione su una silice per cromatografia su strato sottile (TLC) piastra. Composti fenolici di trifoglio rosso (Trifolium pratense L.) vengono utilizzati come esempio. Composti polari, come clovamide, hanno una forte affinità per un adsorbente polare come silice e rimangono vicino all'origine (OR), mentre i composti polari meno, come le tre isoflavoni vicino al fronte del solvente (SF), partizione più facilmente in solventi (che sono meno polare silice meno acqua, acidi o basi sono incluse) e migrare lontano sulla piastra.

Dopo separazione di un estratto su una piastra TLC, microrganismi di prova possono essere esposti a tutti i composti sulla piastra, accelerando così l'identificazione dei componenti attivi di un estratto ^2. Se una coltura fungina o batterica è esposto al cromatogramma, crescita microbica avverrà ovunque tranne su aree con incremento-inibitoreComposti y. Zone di inibizione quindi possono essere visualizzate osservando il contrasto tra la crescita del micelio e le zone di libero crescita se i funghi sono stati applicati ³ o spruzzo con composti che cambiano colore quando ridotto o idrolizzato dalle cellule viventi ^4. Sebbene l'uso di carta o sottile strato cromatogrammi per saggi antimicrobici è stata applicata in primo luogo agli antibiotici ⁵ e fungicidi ^3,6, estratti di piante sono ora spesso sottoposti a screening per composti antimicrobici con questo metodo, spesso definito come bioautografia. I protocolli descritti nel presente documento si applicano a bioautografia di cromatogrammi a film sottile. TLC è ampiamente utilizzato perché è relativamente rapida e può essere eseguita su diversi adsorbenti (ad esempio silice, amido, allumina), oltre a fornire una buona risoluzione e sensibilità ^1.

Estratti vegetali possono essere preparati per TLC in molti modi. I metodi più comuni includono materiale vegetale di estrazione in alcmiscele ohol in acqua come etanolo 80% ^7,8, eventualmente con l'aggiunta di acido o di base ^9. A seguito un'estrazione in tali solventi, che contengono acqua e sono eventualmente acida o basica, estratti devono essere concentrate in modo che possano essere applicati alle piastre TLC in un volume minimo. La concentrazione di estratti alcol-acqua può essere ottenuto partizionando con solventi organici immiscibili in acqua ⁸ o con una miscela di tali solventi, quali acetato di etile-etere etilico (1:1 v / v) ^10,11. Diversi metaboliti vegetali vengono estratti in solventi organici diversi, a seconda della loro polarità. Per assicurarsi che l'impianto acidi organici o basi vengono estratti in solventi organici, in questa fase, il pH di un estratto alcolico-acqua può essere sollevato o abbassato con un acido solubile in acqua o base per convertire analiti dissociate nelle loro forme nondissociated, che sono poi solubile in solventi organici neutri ^9. La fase organica può quindi essere postavaporated sotto pressione ridotta o sotto azoto e regolato il volume desiderato per TLC. Il pH dell'estratto è improbabile che sia letale per i microrganismi di prova biologica dovuti all'isolamento di analiti in solventi neutri, piccolo volume finale, e l'evaporazione dell'estratto sulla piastra TLC prima della separazione.

Entrambi i funghi e batteri sono impiegati come microrganismi prova in bioautografia di estratti vegetali ^2. Spore di alcuni funghi, come Cladosporium cucumerinum, germinano su piastre di TLC (a parte le zone con composti inibitori) se spruzzato su piastre in una soluzione nutritiva e incubate in un ambiente umido per diversi giorni ^3. Il micelio scuro di C. cucumerinum sulle zone noninhibitory fornisce un netto contrasto con le zone franche di crescita del micelio. Anche se i batteri sono stati applicati per cromatografia su strato sottile (TLC) piastre nello stesso modo ^4,12, i batteri si riversano anche su TLCsuperfici delle piastre di agar si sovrappone ^13,14. Lieviti, come Candida albicans, può essere applicato in sovrapposizioni agar e ^14. In alternativa, le piastre TLC possono essere posizionati a faccia in giù su agar inoculato con batteri o lieviti ^{10,15 8,} un metodo noto come contatto bioautografia ^2.

Descriviamo un metodo per contatto bioautografia per schermare per i composti fenolici antimicrobici di trifoglio rosso (Trifolium pratense cv. Kenland). Il microrganismo test è Clostridium sticklandii, a-ammoniaca produce iper batterio ruminale (HAB) e obbligano anaerobi. Sebbene le separazioni utilizzati non risolvono tutti i componenti dell'estratto, facilitano l'individuazione delle zone di attività antimicrobica, riducendo così il numero di possibili composti antimicrobici. Il protocollo utilizza procedure standard per TLC ^1. Il protocollo descrive anche alcune delle tecniche necessarie per la coltura obblighianaerobi cancello per tale saggio, un ciclo di contatto bioautografia ¹⁵ e un metodo di visualizzazione con un sale di tetrazolio, che colora le cellule viventi ^2,4.

Protocol

1. Preparazione di Estratto di piante Per l'estrazione di composti fenolici da Trifolium pratense cv vedere Kagan e Flythe 10. Kenland. Per estrarre altri composti in altre piante, cercare la letteratura analisi fitochimici per metodi di estrazione-vegetali o specifico metabolita (molti sono descritti), o per cercare protocolli come quelli di Khurram et al. 7,8 che isolano molti composti ad un'ampia gamma di polarità. …

Representative Results

Rappresentante separazioni TLC silice di trifoglio rosso (Trifolium pratense cv. Kenland) estratti, contenenti composti fenolici, sono illustrati nella Figura 2. Separazione di estratto di trifoglio rosso in acetato di etile-esano (9:1, v / v), oltre 8,5 cm provocato cinque bande, una incompleto risolto dall'origine (Figura 2A). Tuttavia, la Figura 2B mostra che circa il doppio delle bande sono stati rivelati quando un altro campione di estratto di trifogli…

Discussion

Questo protocollo descrive un metodo semplice per separare un estratto in sottoinsiemi di composti e saggiando i sottoinsiemi per contatto bioautografia. Il metodo è molto simile a quello utilizzato da Chomnawang et al. ¹⁵ per lo screening per i metaboliti vegetali inibitori di batteri che causano la gonorrea. Il tipo di bioautografia impiegato per lo screening composti vegetali antimicrobici dipende da molti fattori, tra cui il microrganismo prova, il setup di laboratorio, e le preferenze della per…

Materials

Silica F254 TLC plates, aluminum-backed, 0.2 mm thickness, 20 × 20 cm	EMD Chemicals	5554/7	These plates are coated with silica that contains an indicator fluorescing at 254 nm.  Compounds absorbing at that wavelength appear dark on a fluorescent green background.  Alternative sources include Analtech, Selecto Scientific, Fluka.  Adsorbents other than silica may be needed.  Plastic-backed plates may be suitable, depending on the solvents to be used.
Sharp, heavy-duty scissors	any sewing supply company	similar to Fiskars  175800-1002	For cutting TLC plates.  A paper cutter with a sharp blade can be used as well.  Do not inhale silica dust.
Drying oven at 100 °C (mechanical convection)	Thermo Scientific	PR305225M	Quincy Lab, Inc, Chicago, IL (www.quincylab.com); Cascade Technical Sciences, Hillsboro, OR (www.cascadetek.com)
TLC chamber	Kimble Chase	416180-0000	Alternative sources:  Aldrich. Pyrex beakers or preserving jars can be used for small plates (i.e. 5 × 10 cm).  Cover with aluminum foil (jar lids may contain material extractable by solvent vapors).
50-µL syringe with flat needle tip	Hamilton	80965	For loading amounts of standard or sample exceeding 5-10 µL.  Alternative sources are equivalent.
micropipets	Drummond	2-000-001	For loading small amounts of standards or samples.  Alternative sources:  VWR.  Also, Pasteur pipets can be stretched to a thinner diameter with a butane torch.
Filter paper (#1 grade)	Whatman	1001 917	Serves as a chamber wick.  Other grades of filter paper are OK.  This size can be trimmed for the chambers holding 20 × 20 cm plates.
Beaker tongs	Fisher Scientific	15-186	For putting plates in and out of a large TLC chamber.  Alternate sources: VWR
Flat-edge forceps	Fisher Scientific	10-275	For putting plates in and out of a small chamber.   Alternate sources: VWR
Small portable UV lamp with 4-Watt or 6-Watt bulbs for short- and long-wave UV light illumination (254 and 365 nm, respectively)	Ultraviolet Products	95-0271-01	Alternate sources: Spectronics Corporation (www.spectroline.net)
Viewing cabinet for use with hand-held UV lamp	Ultraviolet Products	Chromato-Vue C-10E	UV-active bands are more easily circled if plates can be set in here.  Alternate sources: Spectronics Corporation.
Photodocumentation system with overhead UV lamp and visible lamp	Kodak	Gel Logic 200	Alternate sources: Ultraviolet Products (www.uvp.com).  See protocol for homemade alternative.
Anaerobic Chamber, Type A, Vinyl	Coy	7150000	This chamber is appropriate for anaerobic bacteria, like Clostridium sticklandii, as described.  However, growth conditions must be tailored to organism used in the assay.  A biosafety cabinet and other precautions should be taken if pathogenic organisms are used. Alternate sources: Anaerobe Systems, BioRad, Plas Labs, others
Tetrazolium red	Sigma-Aldrich	T8877	Alternate sources: MP Biomedicals, Santa Cruz Biotechnology, Alfa Aesar
			Ingredients for HAB media
Pyridoxamine · 2 HCl	Sigma-Aldrich	P9380	For this and for all the other reagents in this table, alternative sources are equivalent.
Riboflavin	Sigma-Aldrich	R4500
Thiamine HCl	Sigma-Aldrich	T3902
Nicotinamide	Sigma-Aldrich	N3376
Calcium D-Pantothenate	Sigma-Aldrich	C8731
Lipoic Acid	Sigma-Aldrich	T5625
p-Aminobenzoic acid	Sigma-Aldrich	A9878
Folic acid	Sigma-Aldrich	F8798
Biotin	Sigma-Aldrich	B4639
Cobalamine	Sigma-Aldrich	C3607
Pyridoxal HCl	Sigma-Aldrich	P9130
Pyridoxine	Sigma-Aldrich	P5669
EDTA	Sigma-Aldrich	E6758
Iron sulfate · 7 H2O	Sigma-Aldrich	F8263
Zinc sulfate · 7 H2O	Sigma-Aldrich	Z0251
Manganese chloride · 4 H2O	Sigma-Aldrich	M8054
Boric acid	Sigma-Aldrich	B6768
Cobalt chloride · 6 H2O	Sigma-Aldrich	C8661
Copper chloride · 2 H2O	Sigma-Aldrich	459097
Nickel chloride · 6 H2O	Sigma-Aldrich	203866
Sodium molybdate · 2 H2O	Sigma-Aldrich	331058
Trypticase (Pancreatic digest of casein)	Thermo Fisher	B11921
Potassium phosphate monobasic anhydrous	Thermo Fisher	P284
sodium carbonate · H2O	Thermo Fisher	S636
Agar	Thermo Fisher	50841063
Magnesium sulfate · 6 H2O	Thermo Fisher	7791-18-6
Calcium chloride · 2 H2O	Thermo Fisher	BP510
Cysteine HCl	Thermo Fisher	19464780
Potassium phosphate dibasic anhydrous	Thermo Fisher	P290
Sodium chloride	Thermo Fisher	BP358