A Pipeline veloce e affidabile per lo studio batterica trascrittoma un'analisi caso: serina-dipendente regolazione genica in<em> Streptococcus pneumoniae</em
Summary
This manuscript describes the use of state-of-the-art technology provided by DNA-microarrays. Microarrays provide an overview of the transcriptomic changes in bacteria incurred under a specific condition. Moreover, we highlight the ease by which large amounts of data can be analyzed by using convenient in-house developed software packages.
Abstract
Espressione genica e la sua regolazione sono molto importanti per capire il comportamento delle cellule in condizioni diverse. Varie tecniche sono usate oggi per studiare l'espressione genica, ma la maggior parte sono limitati in termini di fornire una visione globale dell'espressione dell'intero trascrittoma. DNA microarrays offrire una tecnologia di ricerca rapida ed economica, che offre una panoramica completa di espressione genica globale e hanno un gran numero di applicazioni, tra cui l'identificazione di nuovi geni e fattori di trascrizione siti, caratterizzazione delle attività trascrizionale di cellule e vincolante anche aiutare ad analizzare migliaia di geni (in un singolo esperimento). In questo studio, sono stati ottimizzati i presupposti per l'analisi del trascrittoma batterica dalla raccolta delle cellule per l'analisi del DNA microarray. Tenendo conto del tempo, i costi e la precisione degli esperimenti, la piattaforma tecnologica si rivela molto utile e universalmente applicabale per studiare transcripto battericames. Qui, eseguiamo analisi del DNA microarray con Streptococcus pneumoniae come caso-studio confrontando le risposte trascrizionali di S. pneumoniae coltivate in presenza di concentrazioni variabili L-serina nel terreno. RNA totale è stato isolato mediante un metodo Macaloid utilizzando un kit di isolamento di RNA e la qualità dell'RNA è stata verificata utilizzando un kit di controllo qualità dell'RNA. cDNA è stato redatto utilizzando trascrittasi inversa e campioni di cDNA sono stati etichettati utilizzando uno dei due coloranti fluorescenti ammine-reattiva. DNA microarray diapositive in casa sono stati utilizzati per l'ibridazione dei campioni di cDNA etichettati e dati di microarray sono stati analizzati utilizzando un framework pre-elaborazione dei dati cDNA microarray (Microprep). Infine, Cyber-T è stato utilizzato per analizzare i dati generati utilizzando Microprep per l'identificazione di statisticamente significative geni differenzialmente espressi. Pacchetti software, inoltre, costruito in-house (pepe, FIVA, divulgare, MINISTERO, Genome2D) sono stati utilizzati per analizzaredati.
Introduction
Lo studio di tutta la serie di mRNA abbondanza (trascrittoma) codificata dal genoma di un organismo unicellulare o una cellula eucariotica in un momento specifico o in una condizione specifica, tra cui sovraespressione del gene o knock-out, si chiama trascrittomica. Trascrittomica ci permette di osservare in che misura i geni sono espressi in una particolare condizione in un punto di tempo X e ci dà informazioni su come fortemente i geni sono espressi rispetto a un riferimento.
Un microarray è un array bidimensionale su un supporto solido (solitamente un vetrino o silicio cella a film sottile) che può essere utilizzato per saggiare grandi quantità di materiale biologico utilizzando screening ad alto rendimento, e miniaturizzato, trasformazione multiplex e paralleli e rilevazione metodi. Microarrays sono disponibili in varie tipologie, tra cui DNA microarrays, microarrays della proteina, microarrays peptide, microarray di tessuti, microarrays dell'anticorpo, microarrays cellulari e altri. Un DNA microarray èfondamentalmente un insieme di punti di DNA microscopici fissato ad una superficie solida, di solito vetro. DNA microarray sono utilizzati per misurare i livelli di espressione di un gene o di una serie di geni simultaneamente o di genotipizzare più regioni del genoma 2,3. Picomoli (10 -12 moli) di una sonda sono presenti all'interno di ogni spot DNA che rappresenta una specifica sequenza di DNA, noto anche come reporter. Le molecole di mRNA etichettati dai campioni vengono chiamati gli «obiettivi». Fluorofori sono utilizzati per misurare ibridazione sonda-target e rivelazione di bersagli fluoroforo marcata determina la relativa abbondanza di sequenze di acido nucleico nel target. Un esperimento microarray può compiere più test genetici in parallelo perché un array può contenere decine di migliaia di sonde. Il layout di un esperimento microarray semplice è mostrato in figura 1. Recentemente, è stato stabilito nei nostri laboratori ed altri che queste matrici sono riutilizzabili, il che rende questa tecnica molto conveniente effective.
Diverse tecniche di isolamento di RNA e di depurazione sono stati sviluppati nel corso degli anni, tra cui C-TAB, SDS e metodi GT 4-8. Inoltre, diversi kit commerciali sono inoltre disponibili. Per l'espressione genica RNA di alta qualità è molto importante. Pertanto, i metodi di isolamento dell'RNA vengono modificati per ottenere una quantità massima di RNA. Allo stesso modo, sono ridotti al minimo i passaggi per la preparazione cDNA e l'etichettatura di cDNA. Normalizzazione dei dati dopo la scansione viene eseguita anche in modo efficiente utilizzando in-house costruita pacchetti e strumenti 9 software.
Streptococcus pneumoniae è un patogeno umano Gram-positivi che colonizza il rinofaringe ed è la causa di infezioni multiple come la polmonite, la sepsi, otite media e la meningite 10. Il batterio può utilizzare un'ampia varietà di nutrienti necessari per la crescita e la sopravvivenza 11,12. Numerosi studi sono stati effettuati sullametabolismo dell'azoto pneumococco e regolazione sottolineando l'importanza di aminoacidi e il loro ruolo nella virulenza 13,14. In questo studio, la risposta transcriptomic di S. pneumoniae alle mutevoli concentrazioni di L-serina, un acido abbondantemente presente nel plasma del sangue umano amino, è notificato mediante DNA microarray. La risposta trascrittomica di S. pneumoniae cresciuto in una concentrazione minima di L-serina (150 mM) è stato confrontato con quello coltivato in una concentrazione massima (10 mM) di serina. Mezzo chimicamente definito (CDM o terreno minimo) 15 è stato utilizzato per questo studio per controllare la concentrazione di serina. Il focus di questo studio è quello di rendere facile da usare questa tecnica e di fornire diversi strumenti per la normalizzazione e l'analisi dei dati. Pertanto, una serie di strumenti sono stati sviluppati per l'analisi e l'interpretazione dei dati. FIVA (Functional Information Viewer e Analyzer) fornisce una piattaforma per il trattamento delle informazioni contenute in gruppi di geni che hannomodelli di espressione genica simili e per la costruzione di profili funzionali 16. PROCURATORE è un altro pacchetto software che facilita l'individuazione delle funzioni putativi e annotazioni di geni 17. Facendo uso di metodi di clustering, divulgare fornisce un algoritmo di rilevamento sito DNA di legame. Motivi Cis -regulatory di geni possono essere proiettati usando questo algoritmo 18. Genome2D offre una piattaforma basata su Windows per la visualizzazione e l'analisi dei dati trascrittoma offrendo diverse gamme di colori per caratterizzare i cambiamenti nei livelli di espressione genica su una mappa del genoma 19. Il webserver Pepe offre, oltre al metodo di all-in-one di analisi, una serie di strumenti per l'industria mineraria per regulons, promotori e fattore di trascrizione siti di legame di 20. Annotazione completa delle regioni intergeniche in un genoma batterico può essere ottenuto utilizzando questo pacchetto. I biologi possono trarre grandi vantaggi da pepe quanto offre loro una piattaforma per la progettazione dell'esperimentos in modo che le informazioni ipotizzata può essere confermata in vitro 20. Questi pacchetti software contribuiscono in modo significativo all'analisi microarray come la maggior parte di loro sono liberamente disponibili e rendere la normalizzazione dei dati e di analisi molto affidabile.
Protocol
Representative Results
Discussion
Descriviamo un protocollo di facile uso che può essere applicato per eseguire tutta l'analisi trascrittoma di batteri. Il punto chiave su questa particolare tecnica è che la condizione in cui le cellule vengono raccolte varierà. Dopo la raccolta delle cellule e RNA isolamento, questa tecnica diventa uguale per tutti i tipi di campioni batterici e segue i passi esattamente uguali, pertanto, può essere applicato a qualsiasi tipo di coltura batterica. Il protocollo è molto semplice e conveniente e parte da isolame…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo Anne de Jong e Sigieri Holsappel aiuto per la produzione slitta DNA microarray. Il supporto di Anne de Jong per l'analisi bioinformatica è anche apprezzato. Ringraziamo anche Jelle Slager per la revisione della carta. Muhammad Afzal e Irfan Manzoor sono supportati dall'Università GC, Faisalabad, Pakistan nell'ambito del programma di sviluppo della facoltà di HEC Pakistan.
Materials
| Acid phenol | SigmaAldrich | P4682 | |
| Roche RNA isolation kit | Roche Applied Science | 11828665001 | |
| Glass beads | 105015 | ||
| Chloroform | Boom | 92013505.1000. | |
| IAA | 106630 | ||
| Nanodrop | Nanodrop | ND-100 | |
| Agilent BioAnalyser | Agilent | G2940CA | |
| Superscript III | Life technologies Invitrogen | 18080044 | |
| AA-dUTP | Life technologies Invitrogen | AM8439 | |
| DDT | Life technologies Invitrogen | 18080044 | |
| First Strand buffer | Life technologies Invitrogen | 18080044 | |
| NaOH | SigmaAldrich | S8045-1KG | |
| HEPES | SigmaAldrich | H4034-500G | |
| DyLight-550 | Thermoscientiffic | 62262 | |
| DyLight-650 | Thermoscientiffic | 62265 | |
| SHY Buffer | SigmaAldrich | H7033-125ML | |
| Speedvac cooler | Eppendorf | RUGNE3140 | Speedvac concentrator plus |
| Hybridization oven | Grant Boekel | Iso-20 | |
| Lifter-slips | Erie Scientific | 25x60I-M-5439 | |
| Wipe | KIMTECH | ||
| SDS | SigmaAldrich | L3771-100g | |
| SSC | SigmaAldrich | W302600-1KG-K | |
| Genpix autoloader 4200A1 | MSD analytical technologies | Microarray scanner | |
| Sodium bicarbonate | SigmaAldrich | 104766 |
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