Summary

细菌结合频率的高分辨率比较

Published: January 10, 2019
doi:

Summary

为了了解不同条件下各种细菌结合 dna 元素的行为, 我们描述了一种检测共轭频率差异的协议, 具有较高的分辨率, 以估计供体细菌的效率启动共轭。

Abstract

细菌结合是通过共轭 dna 元素水平转移抗生素耐药基因的重要步骤。需要对不同条件下的共轭频率进行深入的比较, 以了解共轭元素在自然界中的传播情况。然而, 传统的比较共轭频率的方法不适合进行深入的比较, 因为选择性板上出现额外的共轭事件会导致高背景。我们成功地减少了背景, 引入了最可能的数字 (mpn) 方法和更高浓度的抗生素, 以防止进一步共轭在选择性液体介质。此外, 我们还开发了一个协议, 通过荧光激活细胞分选 (facs) 将单个供体细胞分化为受体池, 估计供体细胞启动共轭的概率。利用 pbp136 和 pcar1 这两种质粒, 可以在不同搅拌速率的液体介质中检测到假单胞菌细胞的共轭频率差异。pbp136 的共轭起始频率高于 pcar1。利用这些结果, 我们可以更好地了解这两个质粒中的共轭特征。

Introduction

流动遗传元素的细菌结合、共轭质粒以及整合和共轭元素 (ice) 对于遗传信息的水平传播具有重要意义。它能促进细菌的快速进化和适应, 传递耐多药基因1,2。共轭频率可能会受到蛋白质编码的共轭元素动员 dna (mob) 和交配对形成 (mpf), 包括性别皮利, 这是根据 mob 和 mpf 类型3,4分类, 5。它也可能受到供体和受体对6以及细胞789101112 (生长速率、细胞密度、固体表面或液体介质、温度、养分供应和阳离子的存在)。为了了解共轭元素是如何在细菌中传播的, 有必要对共轭频率进行详细的比较。

交配后供体和受者对之间的共轭频率通常用常规方法估计如下。(一) 首先, 计算捐助者和受援群体的数目;(ii) 然后, 接受共轭元素的接受的殖民地 (= 跨康尼加人) 计数;(iii) 最后, 共轭频率是通过将异位形成单位 (cfu) 除以供体和/或接受者13的菌落形成单位 (cfu) 来计算的。但是, 在使用此方法时, 背景较高, 因为在细胞密度较高, 用于获取跨共的选择性板上也可能发生额外的共轭事件。因此, 很难检测到频率上的微小差异 (低于10倍差异)。我们最近介绍了一种最可能的数字 (mpn) 方法, 使用含有较高浓度抗生素的液体介质。该方法通过抑制选择性介质中的进一步共轭来减小背景;因此, 可以用更高的分辨率来估计共轭频率。

共轭可分为三个步骤: (1) 受赠方-收件人对的附件 (2) 共轭转移的起始, (3) 对14的离解.在步骤 (1) 和 (3) 中, 供体和接收细胞之间存在物理相互作用;因此, 细胞密度和环境条件会影响这些步骤, 尽管性毛的特征也很重要。步骤 (2) 可能是由参与共轭的几个基因的表达来调节的, 这些基因可能会受到质粒、供体和受体的各种特征的影响。虽然可以使用细胞作为粒子的估计进行物理模拟, 但应该对步骤 (2) 的频率进行实验测量。有一些报告直接观察如何直接观察相比, 多久可以启动共轭 [步骤 (2)] 使用荧光显微镜15,16;但是, 这些方法不是高吞吐量, 因为必须监视大量的单元。因此, 我们开发了一种利用荧光活化细胞分选 (facs) 估计步骤 (2) 发生概率的新方法。我们的方法可以应用于任何质粒, 而无需识别共轭的基本基因。

Protocol

1. 使用绿色荧光蛋白 (gfp) 和卡那霉素耐药基因标记质粒制备供体 标记基因在靶粒 pbp136 中的引入请注意:此协议的目标是生成 pbp136::gfp。本研究中使用的细菌菌株和质粒见表 1。 在无菌 luria 肉汤 (lb) 和大肠杆菌s17-1 pir 18 中培养含有 pbp136 17 的大肠杆菌 hbp136 17 [含有抗卡霉素 ( km) ?…

Representative Results

mpn 方法的共轭频率比较 在我们的前一份报告中, 我们比较了 pbp136 的共轭频率:: gfp和 pcar1:: gfp 在三重稀释 lb (半 lb) 液体介质中使用 125 ml 旋转器闪光灯进行45分钟的配合后, 要求10.我们比较了 pbp136 的共轭频率:: gfp和 pcar1:: gfp 与 106 cpuml供体和受赠者菌株在不同搅拌条件下 (0-600 转/分)…

Discussion

在这里, 我们提出了一个高分辨率的协议, 用于检测不同条件下的共轭频率的差异, 使用 mpn 方法来估计跨子的数量。该协议中的一个重要步骤是在交配后稀释捐献者和受赠者的混合物, 直到没有转基因生物生长。另一个步骤是在选择性液体培养基中添加高浓度的抗生素, 以防止进一步的共轭。这些程序可以减少选择性介质中进一步共轭所造成的背景。我们可以成功地检测差异, 即使在捐献者和接受?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢国家传染病研究所 (日本) 的 k. kamachi 博士提供 pbp136, 并感谢东京大学 (日本) h. nojiri 教授提供 pcar1。我们还感谢丹麦技术大学的莫林·索伦教授提供 pjba28。这项工作得到了 jps kakenhi (赠款编号15h05618 和 15H05618) 至 ms (https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H05618/, https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15KK0278/) 的支持。

Materials

MoFlo XDP Beckman-Coulter ML99030 FACS
IsoFlow Beckman-Coulter 8599600 Sheath solution
Fluorospheres (10 μm) Beckman-Coulter 6605359 beads to set up the FACS
Incubator Yamato Scientific Co. Ltd 211197-IC802
UV-VIS Spectrophotometer UV-1800 SIMADZU Corporation UV-1800
96-well plates NIPPON Genetics Co, Ltd TR5003
microplate type Petri dish AXEL 1-9668-01 for validation of sorting
membrane filter ADVANTEC C045A025A for filter mating
pippettes Nichiryo CO. Ltd 00-NPX2-20,
00-NPX2-200,
00-NPX2-1000
0.5-10 μL, 20-200 μL, 100-1000 μL
multi-channel pippetes Nichiryo CO. Ltd 00-NPM-8VP,
00-NPM-8LP
0.5-10 μL, 20-200 μL
Tryptone BD Difco 211705
Yeast extract BD Difco 212750
NaCl Sigma S-5886
Agar Nakarai tesque 01162-15
rifampicin Wako 185-01003
gentamicin Wako 077-02974
kanamycin Wako 115-00342
Petri dish AXEL 3-1491-51 JPND90-15
microtubes Fukaekasei 131-815C
500 mL disposable spinner flask Corning CLS3578

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Cite This Article
Shintani, M., Ohkuma, M., Kimbara, K. High-Resolution Comparison of Bacterial Conjugation Frequencies. J. Vis. Exp. (143), e57812, doi:10.3791/57812 (2019).

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