A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
الملف الشخصى metabolomic من المتفطرة السلية يتم تحديد بعد النمو في الثقافات مرق. يمكن أن تختلف الشروط لاختبار تأثير من المكملات الغذائية، تأكسد، والأدوية المضادة للسل على الملف الشخصي لهذا التمثيل الغذائي الكائنات الحية الدقيقة. إجراءات إعداد مستخلص ينطبق على حد سواء 1D 1 H و 2D 1 H- 13 C NMR التحليلات.
المتفطرة السلية هو السبب الرئيسي للوفيات في البشر على نطاق عالمي. ظهور متعددة على حد سواء (MDR)، وعلى نطاق واسع-(XDR) سلالات مقاومة للعقاقير تهدد بعرقلة الجهود الحالية لمكافحة الأمراض. وبالتالي، هناك حاجة ملحة لتطوير أدوية واللقاحات التي هي أكثر فعالية من تلك المتاحة حاليا. جينوم M. وقد عرف السل لأكثر من 10 سنوات، ولكن هناك ثغرات هامة في معرفتنا وظيفة الجين والإستخدامات الأساسية. وقد استخدمت العديد من الدراسات منذ الجين التعبير التحليل على الصعيدين transcriptomic والبروتين لتحديد آثار المخدرات، تأكسد، وظروف النمو على الأنماط العالمية في التعبير الجيني. في نهاية المطاف، ينعكس الرد النهائي من هذه التغييرات في تكوين التمثيل الغذائي للبكتيريا بما في ذلك المواد الكيميائية ألف قليل الوزن الجزيئي. مقارنة ملامح التمثيل الغذائي من النوع البري وسلالات متحولة، إما غير المعالجة أو آرeated مع دواء معين، يمكن أن تسمح تحديد الهدف بشكل فعال وربما يؤدي إلى تطوير مثبطات الرواية المضادة للنشاط السل. وبالمثل، يمكن أيضا آثار اثنين أو أكثر من الظروف على أن metabolome المقررة. الرنين النووي المغناطيسي (NMR) هي تقنية قوية التي يتم استخدامها لتحديد وقياس وسيطة الأيض. في هذا البروتوكول والإجراءات لإعداد M. ويرد وصف مقتطفات خلية للتحليل السل metabolomic NMR. تزرع مزارع الخلايا تحت الظروف المناسبة والمطلوبة للسلامة الأحيائية مستوى الاحتواء 3، 1 المقطوع، وتعرض للتحلل الميكانيكية مع الحفاظ على درجات الحرارة الباردة لتحقيق أقصى قدر من الحفاظ الأيضات. يتم استرداد لست] الخلية، التي تمت تصفيتها تعقيمها، وتخزينها في درجات حرارة منخفضة للغاية. ومطلي مأخوذة من هذه المقتطفات الخلية على أجار Middlebrook 7H9 لتشكيل مستعمرة وحدة للتحقق من عدم وجود خلايا قابلة للحياة. على شهرين من الحضانة عند 37 درجة مئوية، إذا لم السادسويلاحظ المستعمرات قادرة، تتم إزالة عينات من منشأة الاحتواء للالتجهيز النهائي. ومجفف بالتجميد مقتطفات، معلق في المخزن المؤقت بالديوتيريوم وحقن في الصك NMR، التقاط البيانات الطيفية التي يتعرض بعد ذلك إلى التحليل الإحصائي. ويمكن تطبيق الإجراءات الموضحة لكلا أحادية البعد (1D) NMR H 1 وثنائية الأبعاد (2D) 1 H-13 C NMR التحليلات. هذه المنهجية توفر أكثر موثوقية الصغيرة تحديد الوزن الجزيئي المستقلب والتحليلات الكمية وأكثر موثوقية من التراكيب الحساسة استخراج الخلايا من الطرق الأيضية الكروماتوغرافي. ويمكن أيضا أشكال مختلفة من الإجراءات الموصوفة في أعقاب خطوة تحلل الخلية تكييفها لتحليل البروتين موازية.
1. بروتوكول النص
هذا البروتوكول يسلط الضوء على التكيف منهجية NMR لM. السل (الدرجة الثالثة الوكيل). ولذلك، السلامة الأحيائية المستوى 3 (BSL3) الممارسات ينبغي اتباعها عند إجراء M. بحوث السل في مختبر معتمد سنويا. التعرض للمختبر ولدت الهباء الجوي هو الخطر الأكثر أهمية التي يواجهها الأفراد العمل مع هذه الكائنات الحية الدقيقة. وتجرى الإجراءات التالية في مؤسستنا وقد توجد اختلافات تستند على توصيات اللجنة المؤسسية للسلامة الأحيائية. الموظفين المشتركة ومعدات الوقاية تتكون من دعوى تايفك، وكأب منتفخ، والجوارب، N95 التنفس، وحماية العين، والأكمام، وزوج من القفازات المزدوج النتريل. العمل التي تنطوي على M. الثقافات السل و / أو التلاعب مع M. مفتوحة يتم تنفيذ السل الحاويات في A2 نوع B2 أو مجلس الوزراء السلامة البيولوجية. يتم وضع البلاستيك المغطاة ورقة ماصة على Working السطح. يجب وضع جميع المواد / اللوازم المراد التخلص منها أو إزالتها من منشأة في كيسين واقية من تطهير التعقيم. يجب تطهير الأسطح والمعدات المستخدمة العمل داخل مجلس الوزراء (FastPrep-24 الخالط تحلل، طيفي، دلو مع الثلج، وما إلى ذلك) بعد كل جلسة عمل مع Amphyl 1٪ (مبيد للعصيات السلية، وكيل مبيد للجراثيم، فطريات، ومبيد للفيروس). M. يجب أن توضع تحت احتواء الثقافات السل مزدوجة لنقل المعدات إلى أكبر تقع خارج مجلس الوزراء السلامة البيولوجية مثل الثلاجات وحاضنات، أجهزة الطرد المركزي، والثلاجات. ويجري الطرد المركزي مع أكواب سلامة الأنابيب المغلقة والمسمار يا الدائري العلوي. لمزيد من التحليل خارج المختبر BSL3، يتم تصفية خلية خالية مقتطفات من خلال مرشح ميكرون 0.2 أو الحرارة الكائنات الحية الدقيقة في قتل C ° 95 لمدة 15 دقيقة .. 2 عينات ومطلي للتحقق من عدم وجود مستعمرة تشكيل وحدات إزالة من قبل الاحتواء.
الشكل 1. ويصور رسم تخطيطي تدفق الإجراءات التجريبية.
NMR العازلة
محلول المخزون من 50 ملي فوسفات البوتاسيوم برتقاليإيه مع اجتماع الدول الأطراف الثالث ميكرومتر 50:
MADC-TW-TW أو MOADC (1 L)
ADC (1 L)
بدلا من ذلك، لإعداد OADC (1L)، إضافة كافة المكونات المذكورة أعلاه بالإضافة إلى 50 مل من حمض الأوليك 1٪ (الوصفة أدناه يجعل دفعة مل 250). حل معا، وضبط مستوى الصوت ل1 L وتعقيم مع 0.2 ميكرون التصفية. زجاجة يحتاج إلى أن تكون ملفوفة في رقائق الألومنيوم وتخزينها في C. ° 4
إذا تفضل، يمكنك شراء التجارية BD BBL Middlebrook ADC أو OADC في تخصيب الكاتلاز.
1٪ سيكلوهيكسيميد (100ML)
حل وتعقيم مع فلتر ميكرون 0.2. تخزين في C. ° 4 تنبيه: سيكلوهيكسيميد هي سامة جدا التعامل مع الحذر الشديد.
20٪ (V / V) توين 80 (100ML)
بدلا من ذلك، تزن 20 غراما من توين 80 (حوالي 18،9 مل؛ الكثافة 1،06 جم / مل)، لإعداد 20٪ ث / ت الحل. حل الحرارة إلى 55 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة إلى حل، وتخلط تماما. تعقيم السائل 0،2 ميكرومتر مع التصفية. تخزين الحل النهائي في درجة حرارة الغرفة.
20٪ (V / V) تيلوكسابول (100ML)
بدلا من ذلك، تزن 20 غراما من تيلوكسابول (حوالي 18،2 مل؛ الكثافة 1،1 جم / مل)، لإعداد 20٪ ث / ت الحل. حل الحرارة إلى C ° 55 لمدة 30 دقيقة لديssolve، ويخلط تماما. تعقيم السائل 0،2 ميكرومتر مع التصفية. تخزين الحل النهائي في درجة حرارة الغرفة.
ملاحظة 1: الأسهم من الجلسرين M. يتم إعداد السل باستخدام بروتوكول التالية.
تخزين M. مرض السل
ملاحظة 2: التلقيح H37Rv سلالة (-80 ° C المخزون تصل إلى 1.5 سنة) في 70 مل من وسائل الإعلام MADC فى حدوث OD 600 </> فرعية من حوالي 0.6 بعد 5 أيام من النمو في C ° 37 تحت ظروف تهز (100 دورة في الدقيقة) في 40 إنوفا شاكر.
ملاحظة 3: لاختبار التلوث والثقافة، والمحققين قد تطعيم لقسامة على الثقافة الغنية المتوسطة القياسية وتحقق النمو بعد غياب الحضانة بين عشية وضحاها. بشكل روتيني، ومطلي الثقافات على أجار MADC لمراقبة الصرف ودراسة من قبل مستعمرة التخلص النقيض المجهر. إذا رغبت، يمكن التحقق باستخدام PCR الثقافات IS 6110 الاشعال كما هو موضح .. 3
2. ممثل النتائج
وهناك العينة التي يتم إعدادها بشكل جيد تسفر عن طيف الرنين المغناطيسي النووي مماثلة لتلك التي صورت في الشكل 2. هذا الطيف هو تمثيل للM. السل الأيض نوع البرية حوض السباحة. ويرتبط مباشرة أو غير مباشرة الأيضات تحديدها مع المسار D-ألانين. أيضا، حجم كثافة الذروة يتناسب مع تركيز المستقلب تقديمفي استخراج الخلايا. ولذلك يمكن أن التغيرات في شدة الذروة بين الثقافات دون علاج، العلاج من تعاطي المخدرات، وسلالات متحولة إلى اضطرابات في التمثيل الغذائي والمسارات الأيضية. وM. تم جمع السل 1 H NMR 1D الأطياف على مطياف سميت بال المقدمة بروكر 500 ميغاهيرتز مجهزة الثلاثي الرنين، مسبار بالبرد التدرج Z-المحور. يحتوي الطيف كاليفورنيا. 400 القمم، والتي كان من الممكن لتحديد وقياس 40-50 الأيضات، بما في ذلك الأحماض الأمينية، والسلائف النوكليوتيدات، وسيطة حمض الستريك حال السكر و. تم استخدام مبدل BACS-120 عينة مع برنامج أيقونة بروكر لأتمتة عملية جمع البيانات NMR. تم جمع 1D 1 H NMR أطياف باستخدام النحت الإثارة 4 لإزالة المذيب بكفاءة والحفاظ على خط الأساس المسطحة، والقضاء على أي حاجة لجمع خط الأساس التي ربما تتسبب في الأعمال الفنية اللاحقة في تحليل العنصر الرئيسي (PCA) أو متعامد جزئية التمايز المربعات تحليل (OPLS- DA). A 1يتم جمع D 1 H NMR الطيف في C ° 25 مع عرض طيف و32K هرتز 5482،5 نقاط البيانات. واستخدمت ما مجموعه 16 المسح بالاشعة وهمية 128 إلى الحصول على الطيف. تم استخدام مختبرات 1D ACD NMR البرمجيات المعالج لشبه تلقائيا معالجة كافة أطياف 1D 1 NMR H. وكانت أطياف فورييه تحويل، على مراحل، والمشار إليه إلى الذروة اجتماع الدول الأطراف الثالث (0.0 جزء في المليون). تم استخدام مجموعة من البرامج لمعالجة NMRpipe بشكل فردي 2D 1 H NMR-13 C الأطياف وتحليلها مع NMRDraw. تصحيح المرحلة تم تحويل الملف أولا بروكر البيانات FID إلى تنسيق ملف التعرف عليها ومن ثم تم NMRpipe فورييه تحويل الطيف،، وملأ صفر. يتم تعيين قمم NMR الملاحظ في طيف الرنين المغناطيسي النووي 1D 1 H 1 H و 2D-13 C NMR الطيف لالأيضات معينة باستخدام 1 H و 13 التحول الكيميائي التحمل C قدره 0.05 جزء في المليون و0.50، على التوالي، والايض ماديسون اتحاد قواعد البيانات (MMCD )، 5 وBioMagResBank و 6 و قاعدة البيانات Metabolome الإنسان .. 7 على وجه التحديد، أطياف الرنين النووي المغناطيسي هي 1D و 2D يدويا الذروة بعناية، حيث يتم تحميل ثم قائمة ذروة التحولات الكيميائية NMR إلى قاعدة بيانات وMetabolome الإنسان. يتم تعيين الأيضات التي حددها قاعدة بيانات Metabolome الإنسان إلى طيف الرنين المغناطيسي النووي على حد سواء على أساس تحقيق أقصى قدر من عدد من مطابقة الرنين NMR والانتماء لشبكة الأيض. كل مجمع أو المستقلب وعادة أزواج CH NMR الرنين متعددة ومتعددة تبعا لذلك. وهكذا، فإن أكثر من هذه الأصداء NMR التي لوحظت في طيف الرنين المغناطيسي النووي التجريبية، والأرجح هو المستقلب الحالي. وبالمثل، وتحديد الأيضات متعددة المنتسبين مع المسار نفسه يزيد من احتمال تعيينات الصحيح. يتم التحقق من وجود مستقلبات والمسارات الأيضية مع موسوعة كيوتو من الجينات والعوامل الوراثية (KEGG) 8 وقواعد البيانات MetaCyc .. 9 المتفطرة smegmATIS هو نظام نموذجا مفيدا لM. السل ومسببات الأمراض الفطرية الأخرى. كما هو موضح في مكان آخر، وعينات من M. ويمكن أيضا أن تتعطل من قبل اللخنية صوتنة 10
الشكل 2. 1D 1 H NMR الطيف من المتفطرة السلية استخراج الخلايا. وصفت قمم NMR المرتبطة الأيضات ممثل. الاختصارات هي التالية: AMP، والفوسفات أحادي الأدينوزين α-KG، α-كيتوغلوتارات؛ غلو، الغلوتامات، وعلاء، ألانين.
وقد حلل عدد كبير من الدراسات لمحات من البروتين وtranscriptomic M. السل في إطار مجموعة من في المختبر والمجراة في ظروف. 11-16 في نهاية المطاف، والتغيرات في التعبير الجيني ونشاط انزيم يؤدي إلى تغيرات في تركيزات الجزيئات الصغيرة الوزن الجزيئي. وصف كامل لهذه المركبا...
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
فإن الكتاب أود أن أشكر جميع أعضاء مختبرات بارليتا الدكتور والدكتور القوى للتعليقات مفيدة عند وضع البروتوكول. نشكر ويندي لإجراء مناقشات مفيدة أوستن وتصحيح التجارب المطبعية للمخطوطة. وقد تم تمويل هذا العمل المبين في هذا المخطوط من المنح الرائدة البذور لكل محقق المذكورة أعلاه من جامعة نبراسكا لنكولن مركز علم الأحياء الأكسدة (الأم منحة # 017675 NCRR 2P20RR، D. بيكر، PI). وبالإضافة إلى ذلك، نشكر الدكتور أوفيليا شاكون لتوفير الأموال من منحة R21 لها (1R21AI087561-01A1) لوازم البحوث ودعم السيد Halouska في جزء من رواتب توحيد تقنيات NMR المدرجة في هذه النشرة.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم الكاشف / معدات | شركة | كتالوج رقم | تعليقات |
ADC التخصيب | BD BBL Middlebrook | 212352 | |
BACS-120 عينة مبدل | بروكر | ||
بروكر سميت بال المقدمة NMR | بروكر | 500 ميغاهيرتز | |
الأبقار مصل الزلال | فيشر العلمية | BP1600-100 | جزء V |
نبذ | بيكمان كولتر | أليجرا X-15R | الفوق |
الطرد المركزي أنابيب | كورنينج | 430291 | 50 مل العقيمة البولي بروبلين |
المبردة قوارير | كورنينج | 430488 | 2.0 مل العقيمة البولي بروبلين |
Cycloheximide | AG العلمية | C-1189 | سام |
D (+) - الجلوكوز | ACROS | 41095-0010 | |
الديوتيريوم أوكسيد | سيغما الدريتش | 617385 | |
قارورة مخروطي | VWR | 89095-266 | العقيمة، قاعدة مسطحة، والبولي، 0.22 ميكرومتر غطاء غشاء PTFE تنفيس |
فلاش تجميد قارورة | VWR | 82018-226 | 750 مل |
تجميد مجفف | VWR | 82019-038 | 4،5 L الفوق |
الغليسيرول | GibcoBRL | 15514-029 | |
حاضنة | نيو برونزويك | إنوفا 40 | الفوق شاكر |
Lysing مصفوفة B | النائب Biomedicals | 6911-100 | |
تحلل آلة | النائب Biomedicals | FastPrep-24 | |
ميكروسنتريفوج | إيبندورف | 5415D | الفوق |
ميكروسنتريفوج | بيكمان كولتر | Microfuge 22R | الفوق |
Middlebrook 7H9 مرق | Difco | 271310 | |
NMR أنابيب | Norell | ST500-7 | 5MM |
OADC التخصيب | BD BBL Middlebrook | 212351 | |
حمض الأولييك | سيجما | O1008 | |
ثنائي القاعدة فوسفات البوتاسيوم | VWR | BDH0266 | |
أحادى فوسفات البوتاسيوم | VWR | BDH0268 | |
الدوار - Microfuge 22R | بيكمان كولتر | F241.5P | مختومة والبولي بروبلين |
الدوار - أليجرا X-15R | بيكمان كولتر | SX4750 | مع الحيوي المعتمدة أغطية |
كلوريد الصوديوم | فيشر العلمية | S271-3 | |
الصوديوم-3-trimethylsilylpropionate-2-D4 ،2،3،3 | كامبريدج النظائر | DLM-48 | |
الطيف | بيكمان كولتر | DU-530 | |
الطيف Cuvettes | حبل النجاة | LS-2410 | 1،5 مل البوليسترين، 2 الجانبين واضحة |
محقنة | بيكتون ديكنسون | 309585 | العقيمة، 3 مل، بالتركيبة لوك |
حقنة تصفية | Nalgene | 190-2520 | 0.2 ميكرومتر خلات السليلوز العقيمة |
توين 80 | فيشر العلمية | BP338-500 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved