JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

معدل نمو الخلايا هو عملية تنظيم والمحددات الأساسية لعلم وظائف الأعضاء الخلية. زراعة المستمر باستخدام الكيموستات يمكن السيطرة خارجي من معدل نمو الخلايا بالتقادم المغذيات تسهيل دراسة الشبكات الجزيئية التي تتحكم في نمو الخلايا وكيف تتطور هذه الشبكات لتحسين نمو الخلايا.

Abstract

خلايا تنظيم معدل نموها في استجابة لإشارات من العالم الخارجي. مع نمو الخلية والعمليات الخلوية المختلفة يجب أن تكون منسقة بما في ذلك تجميع الجزيئات، والتمثيل الغذائي، وفي نهاية المطاف، والالتزام دورة انقسام الخلية. وناظم كيميائي، وهي طريقة للسيطرة على تجريبيا معدل نمو الخلايا، ويوفر وسيلة قوية لدراسة منهجية كيفية تأثير معدل نمو العمليات الخلوية - بما في ذلك التعبير الجيني والتمثيل الغذائي - والشبكات التنظيمية التي تتحكم في معدل نمو الخلايا. عندما يحتفظ به لمئات من الأجيال الكيموستات يمكن استخدامها لدراسة تطور التكيف من الميكروبات في الظروف البيئية التي تحد من نمو الخلايا. وصفنا مبدأ ناظم كيميائي الثقافات، وإظهار عملها وتقديم أمثلة من التطبيقات المختلفة. بعد فترة من الاهمال بعد بدء العمل بها في منتصف القرن العشرين، تلاقي المنهجيات الجينوم على نطاق ومع تجدد فيterest في تنظيم نمو الخلايا والأساس الجزيئي للتطور التكيف هو تحفيز نهضة في استخدام الكيموستات في الأبحاث البيولوجية.

Introduction

وينظم نمو الخلايا من خلال شبكات معقدة من التفاعل عوامل وراثية وبيئية 1،2. تنظيم سياقاتها من نمو الخلايا يتطلب نهجا على مستوى النظام لدراستها. ومع ذلك، يتم الطعن في دراسة دقيقة من نمو الخلايا ينظمها صعوبة السيطرة تجريبيا المعدل الذي تنمو الخلايا. علاوة على ذلك، حتى في أبسط التجارب الظروف خارج الخلية هي في كثير من الأحيان ديناميكية ومعقدة كخلايا تغيير بيئتهم بشكل مستمر لأنها تتكاثر. يتم توفير حل لهذه المشاكل من قبل ناظم كيميائي: وسيلة لزرع الخلايا التي يمكن السيطرة التجريبية من معدلات نمو الخلايا في بيئات محددة، ثابتة والسيطرة عليها.

طريقة زراعة المستمر باستخدام ناظم كيميائي وصفت بشكل مستقل من قبل مونود 3 و 4 نوفيك وزيلارد في عام 1950. كما تصور في الأصل، وتزرع الخلايا في حجم ثابت من وسائل الإعلام وهذا هو يخدعالمخفف tinually بإضافة وسائل الإعلام الجديدة وإزالة في وقت واحد من وسائل الإعلام القديمة والخلايا (الشكل 1). إلى جانب المعادلات التفاضلية العادية (الشكل 2) وصف معدل التغير في كثافة الخلية (س) وتركيز المغذيات منظم النمو (ق) في السفينة ناظم كيميائي. الأهم من ذلك، هذا النظام من المعادلات تتنبأ واحد (صفرية) مستقرة ثابتة للدولة (الشكل 3) مع ضمنا ملحوظا أنه في الحالة المستقرة، ومعدل نمو محدد من الخلايا (أي ثابت معدل النمو الأسي) يساوي معدل الذي يتم تخفيفه ثقافة (D). من خلال تغيير معدل التخفيف من الممكن لإقامة السكان المطرد للدولة من الخلايا في معدلات نمو مختلفة وتحت ظروف مختلفة من قيود المغذيات.

كانت السيطرة التجريبية من معدل النمو باستخدام الكيموستات حاسمة لتطوير فهم كيف يمكن للتغييرات فسيولوجية الخليةمع معدلات النمو 5،6. ومع ذلك، أصبح هذا دعامة السابق الأساليب الميكروبيولوجية غامضة بشكل متزايد خلال انفجار في البحوث البيولوجيا الجزيئية في أواخر القرن العشرين. اليوم، تجدد الاهتمام في السيطرة النمو في كل من الميكروبات والكائنات الحية متعددة الخلايا وظهور أساليب الجينوم على نطاق وللتحليل على مستوى النظم جددت الدافع لاستخدام الكيموستات. هنا، نحن تصف ثلاثة التطبيقات التي تستفيد من مراقبة دقيقة لمعدلات نمو الخلية والبيئة الخارجية التي من الممكن فريد باستخدام الكيموستات. أولا، نحن تصف استخدام الكيموستات إلى التحقيق في كيفية وفرة الآلاف من الجزيئات الحيوية - وينظم coordinately مع معدل النمو - مثل النصوص ونواتج الأيض. الثاني، نحن تصف كيف يمكن استخدام الكيموستات للحصول على تقديرات دقيقة للاختلافات معدل النمو بين الأنماط الجينية المختلفة في بيئات محدودة المغذيات باستخدام التجارب المنافسة. الثالث، ونحن تصف كيفية الكيموستات يمكنأن تستخدم لدراسة التطور على التكيف من خلايا تنمو في بيئات فقيرة بالمغذيات ثابتة. هذه الأمثلة أمثلة الطرق التي الكيموستات يتم تمكين التحقيقات على مستوى نظم تنظيم نمو الخلايا، الجين عن طريق تفاعلات البيئة والتطور على التكيف.

Protocol

لا يمكن أن تتحقق مبدأ زراعة المستمر باستخدام ناظم كيميائي في مجموعة متنوعة من التطبيقات. في جميع الكيموستات فمن الضروري أن يكون 1) وسائل للحفاظ على عقم جميع المكونات، 2) ثقافة مختلطة جيدا، 3) التهوية المناسبة للسفينة الثقافة و 4) وسيلة يمكن الاعتماد عليها من وسائل الإعلام بالإضافة إلى إزالة والثقافة. هنا، نحن تصف استخدام مفاعل حيوي Sixfors (Infors المؤتمر الوطني العراقي) باعتبارها ناظم كيميائي باستخدام الأساليب التي يمكن تكييفها بسهولة للالاجهزة البديلة.

1. تجميع السفن ناظم كيميائي

  1. بدوره على Sixfors باستخدام مفتاح رئيسي.
  2. شطف جيدا السفينة ناظم كيميائي، والتجمع، والنمام، وأنابيب المرفقة مع منزوع الأيونات (DI) المياه. تحقق من كل أنابيب والخواتم O-واستبدال أي تهالك أبحث قطعة.
  3. تأكد من قاعدة دعم محرك رمح تواجه صعودا في إناء من الزجاج والتي قطعت الجزء العلوي من حملة رمح في السكن على الجمعية النمام. تعيين stirreيجلس التجمع ص في الإناء الزجاجي ضمان السفلي من حملة رمح في دعم حملة رمح. استخدام المشبك لتأمين التجمع النمام إلى وعاء زجاجي.
  4. ملء وعاء مع حوالي 300 مل من الماء DI.
  5. تنزع الأغطية من الأوكسجين المذاب (DO 2) التحقيق والتحقق من مستوى بالكهرباء عن طريق فك غلاف القاع، والتأكد من أن الغلاف السفلي شغل في منتصف الطريق مع الحل بالكهرباء. Rescrew الغلاف السفلي وتضاف الى ميناء على متن السفينة ناظم كيميائي. المسمار حتى ضيق الإصبع.
  6. نلقي التحقيق الحموضة وإزالته من العازلة التخزين (3 M بوكل). إزالة الغطاء مسبار درجة الحموضة ونعلق على المخمر 1. باستخدام شاشة التحكم Sixfors، انتقل إلى القائمة المعلمة المخمر وحدد "معايرة درجة الحموضة". وضع مسبار درجة الحموضة في مستوى درجة الحموضة 7 العازلة وقراءة السجل كما عالية القراءة. كرر مع درجة الحموضة 4 العازلة والقراءة كما سجل أدنى قراءة. فصل مسبار درجة الحموضة من المخمر، ويغسل بالماء DI وإدراج الباحث التحقيقس الميناء على متن السفينة ناظم كيميائي. المسمار حتى ضيق الإصبع.
  7. وضع السفينة ناظم كيميائي في رف. ملاحظة على متن السفينة التي المخمر (1-6) كان على علاقة الرقم الهيدروجيني إلى التحقيق ومعايرة. وضع غطاء مسبار درجة الحموضة على تحقيق درجة الحموضة. باستخدام رقائق تغطية بإحكام الجزء العلوي من التحقيق قيام 2.
  8. احباط أضعاف خلال نهايات الأنابيب التي تعلق على سفينة ناظم كيميائي.
  9. كرر الخطوات من 1،2-1،8 لجميع السفن.
  10. تعقيم الأوعية بواسطة التعقيم لهم لمدة 15 دقيقة على دورة السائل.

2. إعداد وسائل الإعلام

  1. إنشاء مجموعة الحد من تركيزات للمادة مغذية التي تنمو الثقافات دفعة في تركيزات المغذيات المختلفة. المغذيات هو الحد في النطاق حيث كثافة الخلية النهائية هي وظيفة خطية من تركيز المغذيات الأولية (الشكل 4). تحديد تركيز المغذيات بشكل جيد ضمن نطاق محدود. أمثلة على تكوين وسائل الإعلام القياسية للدراسات مع Saccharomyceتتوفر ق الخباز في 7-11.
  2. الأوتوكلاف لالدامجانة زجاجة كبيرة الفارغة التي توج مع المكونات المطاطية التي تحتوي على مدخل الهواء ومخرج وسائل الإعلام بعد التأكد أولا أن نهاية الأنابيب وسائل الإعلام تتناول في احباط.
  3. في وعاء منفصل إعداد 10 L من وسائل الإعلام.
  4. نعلق مرشح كوب 500 مل إلى 100 مل زجاجة سائل الإعلام. إزالة عامل التصفية القطن مع ملقط معقم في الإيثانول ونعلق على الفور إلى ميناء الترشيح على الدامجانة زجاجة كبيرة وسائل الإعلام.
  5. إرفاق الدامجانة زجاجة كبيرة وسائل الإعلام إلى مصدر فراغ وتصفية تعقيم وسائل الإعلام عن طريق إضافته إلى كأس فلتر.
  6. عندما الترشيح من وسائل الإعلام كاملة، تغلق ميناء الترشيح مع الشبك المعدني.

3. هل معايرة 2 المسابر وإعداد ناظم كيميائي

  1. بعد أن تم تعقيمها الأوعية ناظم كيميائي وسمح لتهدئة مكان السفينة في سترة في الحرارة المقابلة. ربط التحقيق في درجة الحرارة، ودرجة الحموضة التحقيق، والقيام 2 التحقيق. السماح للسفينة الجلوس مع السلطة لمدة لا تقل عن 6 ساعة للسماح للقيام 2 تحقيقات لاستقطاب.
  2. وضع نهاية كل أنبوب النفايات السائلة في وعاء جمع منفصلة. توصيل التيار الهواء عبر فلتر تعقيمها وبدوره على تدفق الهواء. الماء في كل سفينة ينبغي أن تتدفق من أنابيب مياه الصرف، مما يدل على أن جميع الأختام تتشكل بشكل صحيح.
  3. ضبط ارتفاع أنبوب مياه الصرف وفقا لحجم العمل المطلوب (مثلا 300 مل). نستخدم مسطرة التي تم وضع علامة مع مواضع أنبوب معايرة لأحجام عمل مختلفة.
  4. ربط الدامجانة زجاجة كبيرة وسائل الإعلام إلى وعاء ناظم كيميائي. استخدام الإيثانول من اجل الحفاظ على أنبوب ينتهي معقمة قدر الإمكان. الموضوع أنابيب مضخة من خلال مضخة والمشبك مفتوحة. اضغط يدويا حتى يبدأ ضخ وسائل الإعلام في التدفق إلى السفينة ناظم كيميائي. الإفراج عن أنابيب من المضخة، يجب أن تتدفق بحرية وسائل الإعلام في السفينة ناظم كيميائي. عندما تصل وسائل الإعلام أنبوب النفايات السائلة، أعد أنابيب لضخ والمشبك.
  5. بدء روnning البرنامج الأساسية مع مجموعة المكره إلى 400 دورة في الدقيقة ودرجة الحرارة التي حددت في 30 درجة مئوية.
  6. من أجل القيام معايرة 2 تحقيقات، وإيقاف العرض الجوي والتحول إلى غاز النيتروجين. الانتظار ساعة واحدة على الأقل وتسجيل قيمة الإجراء بأنه "منخفض للقراءة". التبديل إلى العرض الجوي (أي التي تحتوي على تركيز الأكسجين المحيطة)، وانتظر ساعة إضافية واحدة على الأقل، وقياس السجل ك "قراءة عالية".
  7. بدء تسجيل البيانات باستخدام برنامج ايريس.

4. تلقيح

  1. استخدام الايثانول 70٪ لتعقيم الجزء العلوي من سفينة الثقافة.
  2. إزالة المسمار على رأس السفينة وماصة 1 مل من ثقافة بين عشية وضحاها في الإناء ناظم كيميائي. إعادة إحكام المسمار.
  3. تشير إلى وقت التلقيح في ايريس.
  4. انتظر ما يقرب من 24 ساعة للثقافات لتصل إلى مرحلة ثابتة في وقت مبكر. مع نمو الثقافة، والأوكسجين المذاب ودرجة الحموضة الانخفاض. في حالة وسائل الإعلام الحد من الجلوكوز، والأكسجين الذائب العودة إلى ~ 100٪ في فا ثابتةحد ذاتها. لقيود المغذيات الأخرى ستبقى الأوكسجين المذاب <100٪ في مرحلة ثابتة.

5. بدء مضخات وتحقيق الدولة ثابت

  1. يتم احتساب معدل التخفيف بقسمة معدل التدفق (تدفق وسائل الاعلام وكم في الإناء لكل ساعة) من حجم الثقافة. على سبيل المثال، وذلك باستخدام حجم 300 مل معدل التخفيف من 0.1 يعني أن 30 مل من وسائل الإعلام يضاف إلى ثقافة كل ساعة. لأن النظام هو تحت ضغط إيجابي تتم إزالة نفس الحجم من السفينة ضمان أن الثقافة هي المخفف بشكل مستمر. وهناك مجموعة من معدلات التخفيف (D) يمكن استخدامها التي لا يتجاوز معدل النمو الأقصى ماكس) من الخلايا، أعلاه والتي سيتم غسلها الخلايا من ناظم كيميائي.
  2. اختيار إعدادات مضخة، التي تحدد عدد الثواني المضخة وخارجها، لإنشاء معدل التدفق المطلوب. المضخة توفر وسائل الإعلام بمعدل 0.11 مل ~ / ثانية.
  3. تعريف البرنامج باستخدام الباحث Sixforserface التي تحدد توقيت مضخة، ودرجة الحرارة وسرعة impellor. بدء تشغيل البرنامج.
  4. إفراغ أوعية جمع السائل وتسجيل الوقت.
  5. بعد ساعتين على الأقل، واستخدام اسطوانة تخرج لقياس مدى سائل الإعلام قد أزيلت من السفينة. وهذا يساوي وحدة التخزين التي تم إضافتها إلى السفينة ناظم كيميائي. حساب معدل التخفيف (D = V النفايات السائلة / V الثقافة / الساعة). ضبط إعدادات مضخة إذا كان معدل التخفيف حساب لا يطابق معدل التخفيف المطلوب.
  6. في حالة مستقرة، لا يغير كثافة الخلية في ناظم كيميائي مع مرور الوقت. وهذا يمكن أن تقاس دون احداث بلبلة في الثقافة عن طريق أخذ عينات من تدفق. نحدد من الناحية التشغيلية تحقيق حالة مستقرة كما متطابقة قياسات كثافة الخلايا التي تكون مفصولة تضاعف السكان واحد على الأقل. سوف تصل إلى حالة مستقرة يستغرق ما يقرب من ثمانية أجيال الثقافة بعد الشروع في الثقافة التخفيف. في حالة مستقرة، والخلايا تنمو باطراد (اولاه. معدل نمو ثابتة على مر الزمن) في ظروف محدودة المغذيات. الوقت تضاعف عدد السكان (الجيل الوقت) هو قانون الجنسية (2) / د.
  7. مواصلة لقياس كميات النفايات السائلة بشكل دوري لمدة التجربة لضمان أن معدل التخفيف المستمر والمحافظة عليها.

6. تطبيق 1: دراسة الخلايا تنمو بمعدلات مختلفة في ظروف الحالة المستقرة

  1. في حالة مستقرة في ناظم كيميائي، فإن معدل نمو السكان من الخلايا يساوي معدل التخفيف. عن طريق تغيير منهجية معدل التخفيف فمن الممكن أن تنمو الخلايا بمعدلات مختلفة. وهذا يتيح الدراسة المنهجية للمعلمات الفسيولوجية التي تختلف مع معدل النمو بما في ذلك حجم الخلية، ومرحلة دورة الخلية ومقاومة الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، ملامح ثابتة للدولة مرنا العالمية والبروتين ومستوى الأيض يمكن أن يعاير في الخلايا تنمو بمعدلات مختلفة. هناك طريقتان للحصول على عينات:
  2. يمكن أن تكون عينات صغيرة أوب سلبيتترتب عليه من خلال وضع نهاية أنبوب مياه الصرف إلى 1.5 مل أو 15 مل أنبوب. ويمكن الحصول على عينة من 1-5 مل في بضع دقائق (اعتمادا على معدل التدفق). ويمكن قياس العديد من المعلمات الفسيولوجية من هذه العينات.
  3. التعبير الجيني، أو الأيض التحليلات تتطلب عينات أكبر التي يجب الحصول عليها في أسرع وقت ممكن. وضع نهاية أنبوب النفايات السائلة في أنبوب مخروطي 15 مل. الافراج عن المسمار عقد نهاية المعدني للأنبوب النفايات السائلة ودفع إلى أسفل بلطف. سوف A ~ 10 عينة مل ملء بسرعة الأنبوب الخاص. نضع في اعتبارنا أن وحدة التخزين في السفينة ناظم كيميائي قد تغير. إذا تم اتخاذ العديد من عينات متتالية قد يكون من الضروري للحد من تدفق للحفاظ على معدل ثابت التخفيف.

7. تطبيق 2: قياس دقيق من الاختلافات في معدلات النمو بين الطرز الوراثية في البيئات التي تسيطر عليها عن طريق فحوصات المسابقة على أساس التدفق الخلوي

  1. الكيموستات يمكن استخدامها لتحديد بدقة تأثير تركيز المغذياتعلى الفروق في معدلات النمو (أي لياقة بدنية) بين خلفيات وراثية مختلفة. بواسطة سلالات زراعة المشترك المسمى مع البروتينات الفلورية مختلفة يتم تحديد معدل التغير في الوفرة النسبية خلال النمو المتسارع. أداء هذا الاختبار في معدلات تخفيف مختلفة (D) يسمح دراسة آثار تركيز المغذيات (ق) على الاختلافات اللياقة البدنية.
  2. إنشاء ثقافات حالة مستقرة من سلالتين في الأوعية ناظم كيميائي منفصلة مع معدلات التخفيف متطابقة وحجم 300 مل.
  3. سلبية عينة 1 مل من كل سفينة. تدور باستمرار خلايا، resuspend في الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) ووضعت في 4 درجات مئوية. هذه العينات تحتوي على عينات الخلايا متجانسة، والتي هي الضوابط لتحليل التدفق الخلوي لاحقة.
  4. وضع أنبوب النفايات السائلة من سفينة واحدة في اسطوانة تخرج تعقيمها. الافراج عن المسمار عقد نهاية المعدني للأنبوب مياه الصرف، ودفع برفق إلى أسفل لطرد الخلايا من ناظم كيميائي. عندمايصل حجم 150 مل، والعودة نهاية المعدني للأنبوب مياه الصرف إلى موقعها الأصلي (300 مل). أكرر مع السفينة الثانية، وذلك باستخدام اسطوانة تخرج مختلفة.
  5. استخدام الايثانول 70٪ للحفاظ على العقم أثناء إزالة المسمار على الجزء العلوي من السفينة ناظم كيميائي. وضع القمع في افتتاح وتصب 150 مل من ثقافة أخرى في الإناء ناظم كيميائي. إعادة إحكام المسمار. أكرر مع السفينة الثانية، وذلك باستخدام قمع الثانية. يحتوي كل سفينة ناظم كيميائي الآن خليط من سلالات اثنين.
  6. الحصول على عينة 1 مل من كل سفينة باستخدام العينات سلبية كل 2-6 ساعة. تدور باستمرار خلايا، resuspend في برنامج تلفزيوني وتخزينها في 4 درجات مئوية. مواصلة اتخاذ عينات لتسجيل 2-3 أيام بعناية الوقت الذي اتخذ كل عينة.
  7. في نهاية التجربة، يصوتن وتمييع عينات إلى ~ 2 × 10 6 خلية / مل. باستخدام التدفق الخلوي، وقياس نسبة سلالتين في كل عينة. لأن كلا من سلالات تنمو باطراد، والفرق هو معدل النمو النسبييحددها الانحدار الخطي من قانون الجنسية (strain1/strain2) مع الزمن (يقاس في الأجيال). المنحدر من الانحدار هو الفرق النسبي في معدل النمو (أي ميزة اللياقة البدنية) من سلالة واحدة بالنسبة للأخرى.
  8. كما يمكن للثقافة مختلطة يستغرق بعض الوقت للوصول الى حالة استقرار جديدة، ونقاط الوقت المبكر قد تناسب بشكل ضعيف إلى الانحدار. هو افضل حل هذه المشكلة عن طريق السماح 2-3 أجيال تنقضي قبل بدء أخذ العينات أو إزالة النقاط المبكرة التي هي القيم المتطرفة واضحة. على العكس، مرة واحدة وسلالة واحدة outcompeted وغيرها من البيانات لم تعد مفيدة وينبغي استبعاد هذه النقاط.

8. تطبيق 3: تطور التجريبية

  1. تطور التجريبية التي أجريت في الكيموستات يختار لالمسوخ التي زادت في اللياقة البدنية في بيئة محدودة المغذيات. يتم تنفيذ الاختيار عموما على مدى مئات الأجيال.
  2. تأسيس ثقافة ناظم كيميائي ثابت للدولة باستخدام سلالةالنمط الجيني المعروفة (ويفضل أن يكون تسلسل الجينوم المعروف)، والمغذيات تعريف القيد.
  3. للحفاظ على "سجل الحفريات" من السكان التكيف بشكل سلبي عينة ناظم كيميائي كل 2-3 أيام وتخزين العينة في 15٪ الجلسرين في -80 درجة مئوية.
  4. رصد الخزان وسائل الإعلام وتجديد وسائل الإعلام الجديدة مع الضرورة.
  5. الحفاظ على الثقافة المتنامية باطراد لعدة مئات من الأجيال.
  6. بعد الانتهاء من لوحة اختيار عينة من الخلايا على لوحات أجار الصلبة. بعد أن نمت الخلايا في المستعمرات، واختيار عينة متحيزة من المستعمرات باستخدام المسواك وتطعيم الحيوانات المستنسخة في الآبار الفردية لوحة 96 جيدا تحتوي على 100 ميكرولتر من وسائل الإعلام. تسمح عينات نسيلي أن تنمو بين عشية وضحاها، إضافة 100 ميكرولتر من 30٪ الجلسرين وتخزينها في -80 درجة مئوية.
  7. تميز الحيوانات المستنسخة من خلال تسلسل الجينوم كله وأداء فحوصات المظهري بما في ذلك تقييم اللياقة البدنية، وذلك باستخدام المشتركة سلالة مرجعية fluorescently المسمى، كما هو موضح في التطبيق 2.

النتائج

والميزة الرئيسية لالكيموستات هو القدرة على التحكم في معدل نمو الخلايا تجريبيا من خلال تغيير معدل التخفيف. في الخميرة في مهدها، خميرة الخباز، مورفولوجية الخلية بالمعلومات من مرحلته في دورة انقسام الخلية. السكان مع ارتفاع معدلات النمو تحتوي على نسبة أعلى من تقسيم الخ...

Discussion

الكيموستات تمكين زراعة الميكروبات في ظروف الحالة المستقرة التي تسيطر عليها النمو. الخلايا تنمو بشكل مستمر بمعدل ثابت مما يؤدي إلى بيئة خارجية ثابتة. هذا هو على النقيض من الأساليب ثقافة دفعة في البيئة الخارجية التي تتغير باستمرار ويتم تحديد معدل نمو الخلايا من خلال ا...

Disclosures

يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgements

وأيد هذا العمل عن طريق بدء الأموال من جامعة نيويورك. نشكر مايتريا دنهام ومات براور الذي طور في البداية استخدام المفاعلات الحيوية Sixfors كما الكيموستات.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Infors-HT Sixfors ChemostatAppropriate Technical Resources, Inc. 
Glass Bottle 9.5 LFisher Scientific02-887-1For Media Vessel and Hosing
PinchcockFisher Scientific05-867For Media Vessel and Hosing
Stopper, Size 12, Green NeopreneCole-PalmerEW-62991-42For Media Vessel and Hosing
Straight ConnectorCole-PalmerEW-30703-02For Media Vessel and Hosing
General purpose ties 4 inFisher ScientificNC9557052For Media Vessel and Hosing
Tubing, Silicone RubberSmall PartsB000FMWTDEFor Media Vessel and Hosing
Tubing, Silicone, 3/8 in ODFisher Scientific02-587-1QFor Media Vessel and Hosing
Tubing, Silicone, 7/32 in ODFisher Scientific02-587-1EFor Media Vessel and Hosing
Tubing, Stainless Steel, 3/16 in ODMcMaster-Carr6100K164For Media Vessel and Hosing
Tubing, Stainless Steel, 3/8 in ODMcMaster-Carr6100K161For Media Vessel and Hosing
Hook ConnectorsFisher Scientific14-66-18QFor Media Vessel and Hosing
Ratchet ClampCole-PalmerEW-06403-11For Media Vessel and Hosing
Luer, FemaleCole-PalmerEW-45512-34For Media Vessel and Hosing
Luer, MaleCole-PalmerEW-45513-04For Media Vessel and Hosing
Millipore Aervent MTGR05010 62 mm Filter, 0.2 μmFisher ScientificMTGR05010For Media Vessel and Hosing
PTFE Acrodisc CR 13 mm filters, 0.2 μmFisher ScientificNC9131037For Media Vessel and Hosing
Direct-Reading Flowtube for AirCole-PalmerEW-32047-77For Nitrogen Gas Setup
Direct-Reading Flowtube for NitrogenCole-PalmerEW-32048-63For Nitrogen Gas Setup
Gas Proportioner Multitube FramesCole-PalmerEW-03218-50For Nitrogen Gas Setup
Regulator, Two-Stage AnalyticalAirgasY12-N145D580For Nitrogen Gas Setup
Hose Adaptor, Stainless SteelAirgasY99-26450For Nitrogen Gas Setup
Hose Male AdaptorAirgasWES544For Nitrogen Gas Setup
Norprene TubingUS Plastics57280For Nitrogen Gas Setup
Tripod BaseCole-PalmerEW-03218-58For Nitrogen Gas Setup
Valve CartridgesCole-PalmerEW-03217-92For Nitrogen Gas Setup
Carboy 10 LFisher Scientific02-963-2AFor Media Preperation
Steritop Sterile Vacuum Bottle-Top Filters, 1,000 ml, PES membrane; for 45 mm neck sizeFisher ScientificSCGP-T10-REFor Media Preperation
Media Bottle 100 ml, 45 mm neck sizeFisher ScientificFB-800-100For Media Preperation
calcium chloride·2H2OFisher ScientificC79-500Media Reagents
sodium chlorideFisher ScientificBP358-1Media Reagents
magnesium sulfate·7H2OSigma Aldrich230391Media Reagents
potassium phosphate monobasicFisher ScientificAC424205000Media Reagents
ammonium sulfateFisher ScientificAC423400010Media Reagents
potassium chlorideSigma AldrichP9541Media Reagents
boric acidSigma AldrichB6768Media Reagents
copper sulfate·5H2OSigma Aldrich209198Media Reagents
potassium iodideSigma Aldrich60400Media Reagents
ferric chloride·6H2OFisher ScientificI88-100Media Reagents
manganese sulfate·H2OSigma Aldrich230391Media Reagents
sodium molybdate·2H2OSigma AldrichM7634Media Reagents
zinc sulfate·7H2OFisher ScientificZ68-500Media Reagents
biotinFisher ScientificBP232-1Media Reagents
calcium pantothenateFisher ScientificAC24330-1000Media Reagents
folic acidSigma AldrichF7876Media Reagents
inositol (aka myo-inositol)Fisher ScientificAC12226-1000Media Reagents
niacin (aka nicotinic acid)Sigma AldrichN4126Media Reagents
p-aminobenzoic acidFisher ScientificAC14621-2500Media Reagents
pyridoxine HClSigma AldrichP9755Media Reagents
riboflavinSigma AldrichR4500-25GMedia Reagents
thiamine HClFisher ScientificBP892-100Media Reagents
LeucineSigma AldrichL8000-100GMedia Reagents
UracilSigma AldrichU0750Media Reagents
DextroseFisher ScientificDF0155-08-5Media Reagents

References

  1. Ingraham, J. L., Maaloe, O., Neidhardt, F. C. . Growth of the Bacterial Cell. , (1983).
  2. Hall, M. N., Raff, M. C., Thomas, G. . Cell Growth: Control of Cell Size. , (2004).
  3. Monod, J. La technique de culture continue, theorie et applications. Ann. Inst. Pasteur. 79, 390-410 (1950).
  4. Novick, A., Szilard, L. Description of the chemostat. Science. 112, 715-716 (1950).
  5. Kjeldgaard, N. O., Maaloe, O., Schaechter, M. The transition between different physiological states during balanced growth of Salmonella typhimurium. J. Gen. Microbiol. 19, 607-616 (1958).
  6. Maaloe, O., Kjeldgaard, N. O. Control of macromolecular synthesis. , (1966).
  7. Saldanha, A. J., Brauer, M. J., Botstein, D. Nutritional Homeostasis in Batch and Steady-State. Culture of Yeast. Mol. Biol. Cell. 15, 4089-4104 (2004).
  8. Boer, V. M., Crutchfield, C. A., Bradley, P. H., Botstein, D., Rabinowitz, J. D. Growth-limiting intracellular metabolites in yeast growing under diverse nutrient limitations. Mol. Biol. Cell. 21, 198-211 (2010).
  9. Boer, V. M., de Winde, J. H., Pronk, J. T., Piper, M. D. The genome-wide transcriptional responses of Saccharomyces cerevisiae grown on glucose in aerobic chemostat cultures limited for carbon, nitrogen, phosphorus, or sulfur. J. Biol. Chem. 278, 3265-3274 (2003).
  10. Brauer, M. J., et al. Coordination of growth rate, cell cycle, stress response, and metabolic activity in yeast. Mol. Biol. Cell. 19, 352-367 (2008).
  11. Gresham, D., et al. Adaptation to diverse nitrogen-limited environments by deletion or extrachromosomal element formation of the GAP1 locus. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 18551-18556 (2010).
  12. Regenberg, B., et al. Growth-rate regulated genes have profound impact on interpretation of transcriptome profiling in Saccharomyces cerevisiae. Genome Biol. 7, R107 (2006).
  13. Castrillo, J. I., et al. Growth control of the eukaryote cell: a systems biology study in yeast. J. Biol. 6, 4 (2007).
  14. Cipollina, C., et al. Revisiting the role of yeast Sfp1 in ribosome biogenesis and cell size control: a chemostat study. Microbiology. 154, 337-346 (2008).
  15. Gresham, D., et al. System-level analysis of genes and functions affecting survival during nutrient starvation in Saccharomyces cerevisiae. Genetics. 187, 299-317 (2011).
  16. Levy, S. F., Ziv, N., Siegal, M. L. Bet hedging in yeast by heterogeneous, age-correlated expression of a stress protectant. PLoS Biol. 10, e1001325 (2012).
  17. Kao, K. C., Sherlock, G. Molecular characterization of clonal interference during adaptive evolution in asexual populations of Saccharomyces cerevisiae. Nat. Genet. 40, 1499-1504 (2008).
  18. Gresham, D., et al. The repertoire and dynamics of evolutionary adaptations to controlled nutrient-limited environments in yeast. PLoS Genet. 4, e1000303 (2008).
  19. Wenger, J. W., et al. Hunger Artists: Yeast Adapted to Carbon Limitation Show Trade-Offs under Carbon Sufficiency. PLoS Genet. 7, e1002202 (2011).
  20. Dunham, M. J., et al. Characteristic genome rearrangements in experimental evolution of Saccharomyces cerevisiae. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 16144-16149 (2002).
  21. Ronen, M., Botstein, D. Transcriptional response of steady-state yeast cultures to transient perturbations in carbon source. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 389-394 (2006).
  22. Kresnowati, M. T. A. P., et al. When transcriptome meets metabolome: fast cellular responses of yeast to sudden relief of glucose limitation. Mol. Sys. Biol. 2, 49 (2006).
  23. Tu, B. P., Kudlicki, A., Rowicka, M., McKnight, S. L. Logic of the yeast metabolic cycle: temporal compartmentalization of cellular processes. Science. 310, 1152-1158 (2005).
  24. Tzur, A., Kafri, R., LeBleu, V. S., Lahav, G., Kirschner, M. W. Cell Growth and Size Homeostasis in Proliferating Animal Cells. Science. 325, 167-171 (2009).
  25. Conlon, I., Raff, M. Size control in animal development. Cell. 96, 235-244 (1999).
  26. Conlon, I. J., Dunn, G. A., Mudge, A. W., Raff, M. C. Extracellular control of cell size. Nat. Cell Biol. 3, 918-921 (2001).
  27. Fussmann, G. F., Ellner, S. P., Shertzer, K. W., Hairston, N. G. Crossing the hopf bifurcation in a live predator-prey system. Science. 290, 1358-1360 (2000).
  28. Cohen, E. P., Eagle, H. A simplified chemostat for the growth of mammalian cells: characteristics of cell growth in continuous culture. J. Exp. Med. 113, 467-474 (1961).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

80

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved