A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
يصف هذا البروتوكول نهجا كميا لقياس التجميع الذاتي الميكروبي باستخدام قياس التدفق الخلوي للتصوير.
تلعب البكتيريا المفيدة والبروبيوتيك أدوارا أساسية في مضيفيها ، حيث توفر فوائد صحية مختلفة ، بما في ذلك المناعة ضد الأمراض المعدية. تتكون عائلة Lactobacillaceae من بكتيريا إيجابية الجرام ذات خصائص بروبيوتيك مؤكدة. تستخدم هذه الدراسة أنواع Lactobacillaceae كنموذج لإثبات فعالية تحليل الإنتاجية العالية أحادية الخلية في دراسة التجميع الخلوي. ينصب التركيز على تحليل استجابة هذه الأنواع المفيدة للكربوهيدرات البسيطة من النظام الغذائي.
تعرض الدراسة كيف يمكن لقياس التدفق الخلوي التصويري (IFC) التغلب على الاختلافات الأساسية في تجميع بكتيريا البروبيوتيك في وجود وغياب الكربوهيدرات. يجمع IFC بين قوة وسرعة قياس التدفق الخلوي التقليدي والدقة المكانية للفحص المجهري ، مما يتيح قياسات مورفومترية معقدة عالية المعدل بطريقة محددة ظاهريا عبر مكتبة من السلالات والظروف البكتيرية المفيدة. يوفر هذا البروتوكول نظرة ثاقبة حول التجميع الذاتي لأنواع Lactobacillaceae ويلقي الضوء على استجابتها للكربوهيدرات الغذائية ، مما يساهم في فهم الآليات الكامنة وراء الآثار المفيدة لهذه البكتيريا بروبيوتيك.
يعتبر التجمع الذاتي البكتيري خطوة أساسية في تكوين الأغشية الحيوية. في هذه العملية (تسمى أحيانا التراص الذاتي أو التلبد) ، تشكل البكتيريا من نفس النوع كتلا متعددة الخلايا تستقر في النهاية في قاع أنابيب الاستزراع أو تلتصق بالأنسجة أو السطح المستهدف1.
التجميع الذاتي هو ظاهرة لوحظت على نطاق واسع وقد ثبت حتى الآن في مسببات الأمراض سالبة الجرام مثل العامل الممرض الانتهازي Acinetobacter baumannii2 ، ومسببات الأمراض السنية Aggregobacter actinomycetemcomitans3 ، والممرض الناشئ Burkholderia pseudomallei4. كما تم وصف التجميع الذاتي في العديد من سلالات البروبيوتيك إيجابية الجرام5،6،7،8. في Lactobacillus (L.) acidophilus ، تم التوسط في التجميع الذاتي جزئيا بواسطة بروتينات الطبقة S وارتبط بالالتصاق بزيلان7. وبالمثل ، وجدنا علاقة بين التجميع الذاتي المعتمد على الجلوكوز وتحريض الخصائص اللاصقة (كما تم الحكم عليها من خلال الالتصاق بالميوسين) لأنواع البروبيوتيك Lacticaseibacillus rhamnosus GG و Lacticaseibacillus casei و L. acidophilus و Lacticaseibacillus paracasei و Lactiplantibacillus plantarum5. يعكس التجميع الذاتي المتزايد على الأرجح التغيرات في التعبير عن الالتصاقات الخلوية استجابة للجلوكوز وتقويمه9. في حين أن الآليات الجزيئية للتجميع الذاتي لم يتم تحديدها بعد ، فقد ثبت أن هذه العملية تغير النمط الظاهري للبكتيريا المجمعة وتمنحها قدرة معززة على تحمل الضغوطات البيئية1 ، فضلا عن زيادة الحساسية لجزيئات استشعار النصاب10.
وقد استخدمت عدة نهج لقياس التجميع الذاتي؛ يتمثل أحد الأساليب التجريبية في السماح للثقافات بالوقوف بشكل ثابت في أنابيب الاستزراع الضيقة لفترة معينة. تظل ثقافات التحكم عكرة ، في حين أن ثقافات التجميع الذاتي ستستقر في قاع الأنبوب. يقيس نهج أكثر كمية التجميع الذاتي عن طريق الترسيب أو تسوية الفحص11.
كما تم استخدام قياس التدفق الخلوي بشكل متزايد في السنوات الأخيرة للتحقيق في التجميع الذاتي للبكتيريا. هذه الطريقة مناسبة لتحليل الجسيمات التي يتراوح حجمها بين 0.5 و 1000 ميكرومتر تقريبا. يتم تعليق البكتيريا المفردة أو الركام المشكل في سائل ، ويتم تغذيتها في تيار ، ويمكن اكتشافها واحدة تلو الأخرى11. يسمح تسجيل الضوء المتناثر الأمامي بقياس الحجم النسبي للخلية أو الركام. إنه سريع نسبيا ومباشر ولكن لا يمكنه اكتشاف العديد من المعلمات ، مثل الحجم الإجمالي أو متوسط عدد الخلايا في التجميعات. لذلك ، يمكن استكمال هذا النهج مجهريا ، مما يسمح بفحص المزيد من المعلمات12. ومع ذلك ، فإن الفحص المجهري التقليدي يستغرق وقتا طويلا وبالتالي يحد من عدد العينات المختبرة والقوة الإحصائية للتحليل. بشكل عام ، يوفر قياس التدفق الخلوي التصويري العديد من الميزات مقارنة بقياس التدفق الخلوي التقليدي ، مثل التحليل المتزامن لمورفولوجيا الخلية والنمط الظاهري ، وإجراء التحليل المستند إلى الصور ، واكتشاف الأحداث النادرة ، والتحقق من صحة بيانات قياس التدفقالخلوي 13. تعزز هذه المزايا قدرات قياس التدفق الخلوي وتسهل فحصا أكثر تفصيلا لمجموعات الخلايا.
توفر هذه الدراسة بروتوكولا قيما لقياس التدفق الخلوي للتصوير لمراقبة التجمع الذاتي في بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB). هذه القضبان إيجابية الجرام هي لاهوائيات اختيارية وتنتمي إلى مجموعة LAB. تولد مخمرات الجلوكوز الفعالة حمض اللاكتيك كمنتج نهائي رئيسي لاستقلاب الكربوهيدرات14. هذه البكتيريا هي أعضاء أساسيون مفيدون في الميكروبيوم وتوجد بشكل طبيعي في الجهاز الهضمي (GIT) للإنسان ، وكذلك في الجهاز البولي التناسلي للإناث15. لذلك ، فإن التوصيف الدقيق لخصائص التجميع الذاتي الخاصة بهم له أهمية عالية في مجال التكنولوجيا الحيوية والسريرية.
أشارت النتائج السابقة التي توصلنا إليها إلى أن المستوى القاعدي للتجميع الذاتي يختلف بين سلالات البروبيوتيك المختلفة. يتأثر هذا التباين بالكربوهيدرات المختلفة المستخدمة كمصدر للكربون5. للتغلب على هذه الخاصية الأساسية للبكتيريا بروبيوتيك ، تم رصد آثار الكربوهيدرات من النظام الغذائي على التجميع الذاتي على مستوى الخلية الواحدة باستخدام IFC. يجمع هذا النهج القائم على مؤسسة التمويل الدولية بين قوة وسرعة مقاييس التدفق الخلوي التقليدية مع دقة المجهر. لذلك ، فإنه يسمح بالقياسات المورفومترية المعقدة عالية المعدل بطريقة محددة ظاهريا16,17. يمكن توسيع هذا النهج ليشمل بكتيريا البروبيوتيك والمسببة للأمراض الأخرى ، جنبا إلى جنب مع مراسلي الفلورسنت لمراقبة التعبير الجيني ، والسلالات الموسومة بالفلورسنت لمراقبة وجود ووفرة أنواع بكتيرية معينة في المجاميع غير المتجانسة.
يتم توفير ملف .ast ، مع قالب Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG) كمثال ، في ملف الترميز التكميلي 1.
1. إعداد وسائل الإعلام
2. إعداد العينات
ملاحظة: تتضمن هذه الخطوة تقييم التجميع الخلوي استجابة للسكر القابل للتخمير أو غير القابل للتخمير من نظامنا الغذائي. يوضح الشكل 1 تمثيلا تخطيطيا لعملية تحضير العينة.
3. الحصول على البيانات
4. تحليل البيانات
توضح النتائج أن هذه الطريقة يمكن بسهولة قياس الاختلافات في التجميع الذاتي استجابة للسكريات الغذائية في بكتيريا LAB. من خلال فصل الأفراد عن المجاميع ، تسمح الطريقة بحساب النسبة المئوية لسكان أحداث التجميع من جميع الأحداث استجابة للسكريات القابلة للتخمير أو غير القابلة للتخمير من النظام ال...
قياس التدفق الخلوي هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع لتحديد شدة التألق في الخلايا حقيقية النواة ، ولكنها قد لا توفر قياسات دقيقة للخلايا البكتيرية بسبب حجمها الأكبر أو مجاميعها الصغيرة. يمكن أن تؤثر هذه العوامل بشكل كبير على القياس الكمي الدقيق للتجميع الذاتي والمستوى الأساسي لتشكيل الركام...
اي.
تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الإسرائيلية (منحة 119/16) ومنحة IMoh (3-15656) إلى IKG. R.S. بدعم من زمالة كريتمان.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
14 mL culture tubes | Falcon | 352051 | |
15 mL centrifuge tube | Falcon | 352096 | |
Bacto Agar | Baeton,Dickinson and Company | 214010 | |
Bacto Typtic Soy Broth | Baeton,Dickinson and Company | 211825 | |
D-(+)-Glucose | Sigma | G7021-1KG | |
D-(+)-Raffinose pentahydrate | Sigma | 83400-25G | |
Difco Lactobacilli MRS broth | Baeton,Dickinson and Company | 288130 | |
EASY-LOCK MICROPR. 1.5 mL (Eppendorf) | FL medical | 23053 | |
IDEAS Software | Amnis/EMD Millipore | N/A | Details available at: https://www.merckmillipore.com/INTL/en/20150212_144049?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F&bd=1 |
ImageStream X Mark II | Amnis/EMD Millipore | N/A | Details available at: https://www.merckmillipore.com/INTL/en/20150121_205948?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F |
MOPS, 3-(N-morpholino)propanesulfonic acid | Fisher bioreagents | BP308-500 | |
Potassium phosphate dibasic | Fisher Scientific, 174.18 g/mol | BP363-1 | |
Potassium phosphate monobasic | Sigma, 136.09 g/mol | P0662-500G |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved