Limosilactobacillus reuteri DSM20016'da Elektroporasyon ve Transformasyon Doğrulama Yöntemleri
Summary
Burada, Limosilactobacillus reuteri DSM20016 ile çalışmak, büyümeyi, plazmid dönüşümünü, koloni PCR’sini, floresan muhabir protein ölçümünü ve sınırlı plazmid mini hazırlığını detaylandırmak için protokollerin yanı sıra yaygın sorunları ve sorun gidermeyi sunuyoruz. Bu protokoller, DSM20016’daki muhabir proteinlerinin ölçülmesine veya muhabir dahil değilse koloni PCR ile doğrulanmasına izin verir.
Abstract
Lactobacillus , birçoğu gastrointestinal sistem içindeki sentetik biyolojik çabalar için bir şasi olarak kullanılma potansiyeline sahip kommensal suşlar olan 261 türden oluşan inanılmaz derecede büyük, çeşitli bir bakteri cinsiydi. Cins içinde gözlenen geniş fenotipik ve genotipik varyasyon, yakın zamanda yeniden sınıflandırılmasına ve 23 yeni cinsin tanıtılmasına yol açmıştır.
Eski cins içindeki varyasyonların genişliği nedeniyle, bir üyede gösterilen protokoller diğer üyelerle ilan edildiği gibi çalışmayabilir. Belirli suşların tam olarak nasıl manipüle edileceğine dair merkezi bilgi eksikliği, genellikle diğer bakteri ailelerinden uyarlanan bir dizi geçici yaklaşıma yol açmıştır. Bu, hangi bilgilerin seçtikleri suş için geçerli olup olmadığını bilmeyen alanda başlayan araştırmacılar için sorunları karmaşıklaştırabilir.
Bu yazıda, özellikle Limosilactobacillus reuteri suşu tanımı F275’te (diğer koleksiyon numaraları: DSM20016, ATCC23272, CIP109823) başarı gösteren bir dizi protokolü, sorun giderme önerileri ve karşılaşılabilecek yaygın sorunlarla birlikte merkezileştirmeyi amaçlıyoruz. Bu protokoller, L. reuteri DSM20016 ile çalışma deneyimi çok az olan veya hiç deneyimi olmayan bir araştırmacının bir plazmidi dönüştürmesini, dönüşümü doğrulamasını ve bir muhabir proteini aracılığıyla bir plaka okuyucusundaki sistem geri bildirimini ölçmesini sağlamalıdır.
Introduction
Lactobacillus cinsi tarihsel olarak gram-pozitif, çubuk şeklinde, spor oluşturmayan, fakültatif anaeroblar veya öncelikle laktik asit1 üretmek için şekerleri parçalayan mikroaerofiller olarak sınıflandırılmıştır. Bu gevşek kriterler, Lactobacillus’un fenotipik ve genotipik olarak son derece çeşitli bir cins olmasına yol açtı. Bu geniş kategorizasyon, cinsin yeniden sınıflandırılmasına neden oldu ve 2020’de 23 yeni cins tanıtıldı2.
Eski, daha geniş cins, genellikle tüketim için güvenli (GRAS) olarak kabul edilen başlıca kommensal ve probiyotik türleri içeriyordu3. Lactobacillaceae ailesi, çeşitli suşların tüketimi yoluyla verilen birçok sağlık yararı nedeniyle halkın ‘iyi bakteri’ olma algısını sürdürmektedir 4,5,6,7. Gastrointestinal sistem8’de gezinme kolaylığı ve halkın kabulü, Lactobacillaceae suşlarını yutulabilir tıbbi, terapötik veya tanısal uygulamalar için şasi organizmaları kadar güçlü adaylar olarak konumlandırmak için birleşir.
Lactobacillaceae familyasında bulunan çok çeşitli özellikler, fiili model-organizma suşunun olmadığı bir duruma yol açmıştır; Araştırma grupları, kendi özel amaçlarıyla en alakalı özelliklere sahip türleri seçme eğilimindedir. (Örneğin, süt fermantasyon laboratuvarları L. lactis’i seçebilir; bitkisel fermantasyon çalışmaları L. plantarum’u seçebilir; probiyotikler üzerine yapılan araştırmalar L. acidophilus’a odaklanabilir; vb.)
Türler arasındaki bu aynı geniş özellik yelpazesi, Lactobacillaceae familyasının bir alt kümesi için iyi çalışabilecek, ancak diğerlerinde verimli bir şekilde çalışmak (veya belki de hiç çalışmamak) için optimizasyon gerektiren protokollerin ve prosedürlerin birikmesine yol açmıştır9. Aile üyeleri arasında ve hatta aynı türün üyeleri arasında bile optimizasyon ihtiyacı, yabancı araştırmacıların çabalarını boşa çıkarabilir. Makalelerin yöntemler bölümlerinde yayınlanan protokoller, parçalanmış, merkezi olmayan protokol koleksiyonlarına yol açan kendi modifikasyonlarını da içerebilir10.
L. reuteri, memeli, kuş11 ve balık12 gastrointestinal (GI) kanallarında tutarlı bir şekilde bulunan yaygın bir omurgalı kommensal olarak kabul edilir. L. reuteri alt suşları genellikle, mukus adezyon proteini adaptasyonu yoluyla, spesifik yerli konakçıları daha kalıcı olarak kolonize etmek için genetik olarak uzmanlaşmıştır 8,11,13. GI yolu Limosilactobacillus türleri, doğal konakçılarının dışındaki konakçılarda izole edilebilir, ancak geçici bir doğaya doğru daha fazla eğilimlidir8.
İnsan-konakçı uzmanlığı nedeniyle, L. reuteri DSM20016 kendisini insan GI kanalının herhangi bir noktasında tanısal veya terapötik uygulamalar için bir şasi olarak çok iyi konumlandırır ve gerinim DSM20016, daha geçici suşlara kıyasla müdahaleler için daha uzun süreli bir etki penceresi sağlayabilir.
Bu yazıda, Limosilactobacillus reuteri’de (suş tanımı: F275; diğer koleksiyon numaraları: DSM20016, ATCC23272, CIP109823) etkinliği kanıtlanmış bir dizi protokolün yanı sıra, moleküler ve sistem biyolojisi uygulamalarına yardımcı olmak için diğer kaynaklardan gelen suş hakkında merkezi bilgileri özetledik. Burada ortaya konan prosedürler, L. reuteri kültürüne daha önce hiç deneyimi olmayan bir araştırmacının, elektroyetkin stoklar oluşturmasına, dönüştürülmüş kolonileri seçmesine, koloni polimeraz zincir reaksiyonu (PCR ) yoluyla dönüşümü doğrulamasına ve floresan muhabir proteinleri aracılığıyla tasarlanmış sistem tepkisini ölçmesine olanak sağlamalıdır.
İlgili protokollerin L. reuteri’de (suş: ATCC-PTA-6475)14 CRISPR-Cas9 yardımlı ssDNA genom recombineringini ve çoklu L. reuteri’de CRSIPR-Cas9 nickaz destekli genom düzenlemesini kapsadığını not ettik. reuteri, Lactobacillaceae familyası lekeleri 15,16; ancak bunlar, burada odak noktamız olan L. reuteri DSM20016 suşu ele almamaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
L. reuteri DSM20016’nin dönüşümü için en kritik adım, dönüşümler kaplandıktan sonra anaerobik büyüme koşullarının oluşturulmasıdır; Aerobik koşullarda kazanılan koloniler sadece çok nadirdir ve MRS suyunda aşılandığında genellikle büyüyemez. Koloni büyümesi olasılığını en üst düzeye çıkarmak için tüm geri kazanım hacminin kaplanması da uygulanmalıdır. Bu iki kritik adımda bile, dönüşüm verimliliği hala deneyler üzerinde bir sınırlamadır, çünkü beklenen …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
L. reuteri ATCC PTA 6475 ile çalışma konusundaki rehberliği burada açıklanan yöntemler için bir temel oluşturan Prof. J.P. van Pijkeren (Wisconsin-Madison Üniversitesi) tarafından sağlanan değerli tavsiyeleri çok takdir ediyoruz.
Materials
| 1 kb Plus DNA Ladder | NEB | N3200L | |
| 1mL Spectrophotometer cuvettes | Thomas Scientific | 1145J12 | |
| Agarose | BioShop | AGR001 | |
| Allegra X-15R (refrigerated centrifuge) | Beckman Allegra | N/A | No longer in production |
| AnaeroGen 2.5 L Sachet | Thermo Scientific | OXAN0025A | |
| BTX, ECM 399 electroporation system | VWR | 58017-984 | |
| Centrifuge tubes (50 mL) | FroggaBio | TB50-500 | |
| DNA gel x6 loading dye | NEB | B7024S | |
| Electroporation cuvette | Fisherbrand | FB101 | |
| Erythromycin | Millipore Sigma | E5389-5G | |
| Gel electroporation bath/dock | VWR | 76314-748 | |
| Glycerol | BioShop | GLY001 | |
| Limosilactobacillus reuteri | Leibniz Institute DSMZ | DSM20016 | Strain designation F275 |
| Lysozyme | BioShop | LYS702.5 | |
| Microcentrifuge tubes (1.7 mL) | FroggaBio | LMCT1.7B | |
| Miniprep kit (Qiagen) | Qiagen | 27106 | slpGFP replaced with constitutive, codon optimised, mCherry2 reporter protein |
| MRS Broth (Dehydrated) | Thermo Scientific | CM0359B | |
| Mutanolysin | Millipore Sigma | M9901-5KU | |
| NaOH | Millipore Sigma | 1064691000 | |
| P100 Pipette | Eppendorf | 3123000047 | |
| P1000 Pipette | Eppendorf | 3123000063 | |
| P2.5 Pipette | Eppendorf | 3123000012 | |
| P20 Pipette | Eppendorf | 3123000039 | |
| P200 Pipette | Eppendorf | 3123000055 | |
| PCR tubes | FroggaBio | STF-A120S | |
| Personal benchtop microcentrifuge | Genlantis | E200100 | |
| Petri dishes | VWR | 25384-088 | |
| PTC-150 Thermal Cycler | MJ Research | N/A | No longer in production |
| pTRKH3_slpGFP (modified) | Addgene | 27168 | |
| SPECTRONIC 200 Spectrophotometer | Thermo Scientific | 840-281700 | |
| Storage microplate | Fisher Scientific | 14-222-225 | |
| Sucrose | BioShop | SUC507 | |
| TAE Buffer 50x | Thermo Scientific | B49 | |
| Vortex | VWR | 58816-121 | No longer in production |
| VWR 1500E incubator | VWR | N/A | No longer in production |
References
- Makarova, K., et al. Comparative genomics of the lactic acid bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (42), 15611-15616 (2006).
- Zheng, J., et al. A taxonomic note on the genus Lactobacillus: Description of 23 novel genera, emended description of the genus Lactobacillus beijerinck 1901, and union of Lactobacillaceae and Leuconostocaceae. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 70 (4), 2782-2858 (2020).
- Adams, M. R., Marteau, P. On the safety of lactic acid bacteria from food. International Journal of Food Microbiology. 27 (2-3), 263-264 (1995).
- Urbańska, M., Gieruszczak-Białek, D., Szajewska, H. Systematic review with meta-analysis: Lactobacillus reuteri DSM 17938 for diarrhoeal diseases in children. Alimentary Pharmacology and Therapeutics. 43 (10), 1025-1034 (2016).
- Jansson, P. A., et al. Probiotic treatment using a mix of three Lactobacillus strains for lumbar spine bone loss in postmenopausal women: a randomised, double-blind, placebo-controlled, multicentre trial. The Lancet Rheumatology. 1 (3), e154-e162 (2019).
- Yang, C., et al. Effects of non-viable Lactobacillus reuteri combining with 14-day standard triple therapy on Helicobacterpylori eradication: A randomized double-blind placebo-controlled trial. Helicobacter. 26 (6), 12856 (2021).
- Nikawa, H., et al. Lactobacillus reuteri in bovine milk fermented decreases the oral carriage of mutans streptococci. International Journal of Food Microbiology. 95 (2), 219-223 (2004).
- Reuter, G. The Lactobacillus and Bifidobacterium microflora of the human intestine: Composition and succession. Current Issues in Intestinal Microbiology. 2 (2), 43-53 (2001).
- Aukrust, T. W., Brurberg, M. B., Nes, I. F. Transformation of Lactobacillus by electroporation. Methods in Molecular Biology. 47, 201-208 (1995).
- Lubkowicz, D., et al. Reprogramming probiotic Lactobacillus reuteri as a biosensor for Staphylococcus aureus derived AIP-I detection. ACS Synthetic Biology. 7 (5), 1229-1237 (2018).
- Walter, J., Britton, R. A., Roos, S. Host-microbial symbiosis in the vertebrate gastrointestinal tract and the Lactobacillus reuteri paradigm. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108, 4645-4652 (2011).
- Ahmad, W., et al. Production of bimodal molecular weight levan by a Lactobacillus reuteri isolate from fish gut. Folia Microbiologica. 67 (1), 21-31 (2022).
- MacKenzie, D. A., et al. Strain-specific diversity of mucus-binding proteins in the adhesion and aggregation properties of Lactobacillus reuteri. Microbiology. 156 (11), 3368-3378 (2010).
- Oh, J. H., van Pijkeren, J. P. CRISPR-Cas9-assisted recombineering in Lactobacillus reuteri. Nucleic Acids Research. 42 (17), 131 (2014).
- Song, X., Huang, H., Xiong, Z., Ai, L., Yang, S. CRISPR-Cas9D10A nickase-assisted genome editing in Lactobacillus casei. Applied and Environmental Microbiology. 83 (22), e01259 (2017).
- Goh, Y. J., Barrangoua, R. Portable CRISPR-Cas9N system for flexible genome engineering in Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus gasseri, and Lactobacillus paracasei. Applied and Environmental Microbiology. 87 (6), e02669 (2021).
- Berthier, F., Zagorec, M., Champomier-Verg, M., Ehrlich, S. D., Morel-Devillel, F. Efficient transformation of Lactobacillus sake by electroporation. Microbiology. 142 (5), 1273-1279 (1996).
- Rattanachaikunsopon, P., Phumkhachorn, P. Glass bead transformation method for gram-positive bacteria. Brazilian Journal of Microbiology. 40 (4), 923 (2009).
- Pflügl, S., Marx, H., Mattanovich, D., Sauer, M. Genetic engineering of Lactobacillus diolivorans. FEMS Microbiology Letters. 344 (2), 152-158 (2013).
- Spath, K., Heinl, S., Grabherr, R. Direct cloning in Lactobacillus plantarum: Electroporation with non-methylated plasmid DNA enhances transformation efficiency and makes shuttle vectors obsolete. Microbial Cell Factories. 11, 141 (2012).
- Ortiz-Velez, L., et al. Genome alterations associated with improved transformation efficiency in Lactobacillus reuteri. Microbial Cell Factories. 17 (1), 138 (2018).
- O’Sullivan, D. J., Klaenhammer, T. R. Rapid mini-prep isolation of high-quality plasmid DNA from Lactococcus and Lactobacillus spp. Applied and Environmental Microbiology. 59 (8), 2730-2733 (1993).
- Lizier, M., Sarra, P. G., Cauda, R., Lucchini, F. Comparison of expression vectors in Lactobacillus reuteri strains. FEMS Microbiology Letters. 308 (1), 8-15 (2010).
- Roberts, R. J., Vincze, T., Posfai, J., Macelis, D. REBASE-a database for DNA restriction and modification: Enzymes, genes and genomes. Nucleic Acids Research. 43, D298-D299 (2015).
- Ahrne, S., Molin, G., Axelsson, L. Transformation of Lactobacillus reuteri with electroporation: Studies on the erythromycin resistance plasmid pLUL631. Current Microbiology. 24, 199-205 (1992).
