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Method Article
The presence of cyanobacterial toxins in fresh water reservoirs for human consumption is a major concern for water management authorities. To evaluate the risk of water contamination, this article describes an protocol for the in-field detection of cyanobacterial strains in liquid and solid samples by using an antibody microarray chip.
全球变暖和富营养化使一些水生生态系统的行为触发快速和大规模的蓝藻生长为真生物反应器;这有相关的健康和经济后果。许多蓝藻菌株毒素生产者,只有少数细胞是必要的,以诱导对环境造成不可挽回的损失。因此,水体当局和管理部门需要快速,高效提供了可靠的数据来支持他们的预防或治疗的决定早期预警系统。该原稿通过使用抗体微阵列芯片17的抗体(ABS)与分类的分辨率(CYANOCHIP)报告用于在现场检测毒素的蓝藻菌的实验方案。在这里,多重荧光夹心免疫芯片(FSMI)为17株蓝藻同步监测经常发现在淡水生态系统中脱颖而出,他们中的一些毒素生产者,描述。多微阵列PLE相同重复的CYANOCHIP(最多24)被印刷到单个载玻片同时测试了类似的样本数。液体样品可以通过用抗体(ABS)直接培养或通过1〜3微米的过滤器过滤细胞浓度后进行测试。固体样品,如沉积物和地岩石,首先匀浆并通过在孵育缓冲液中的手持式超声发生器分散。然后,他们将被过滤(5 - 20微米)以除去粗料,并将滤液孵育腹肌。免疫反应是由终培养揭示与17荧光标记腹肌的混合物和由便携式荧光检测器被读出。整个过程大约需要3小时,其中大部分是对应于孵化的两个1小时周期。输出的是一个图像,其中亮点对应蓝藻标志物阳性检出。
的检测和在复杂的天然微生物群落的微生物的监测在许多领域,包括生物医学,环境生态,天体生物学至关重要。 蓝藻是公知的用于其以形成细胞的繁殖(过度增殖)在淡水能力的原核微生物。它们是普遍存在的,并且许多物种都能够产生毒素,导致不仅对人类健康的潜在危险,同时也向生态影响。在这方面,它是开发的早期检测蓝藻和/或它们在土壤和水中的毒素的快速和灵敏的方法是至关重要的。为了这个目的,多重荧光夹心免疫芯片(FSMI)已经发展成为一个工具,水管理人员,帮助他们做出决策,因此,在实施适当的水管理方案。
的方法的多元化已经发展到检测和识别青色obacterial细胞和藻毒素在土壤和水,包括光学显微镜,分子生物学,和免疫学技术。这些方法可以在所提供的信息相差很大。显微技术是基于细胞形态和体内荧光从蓝藻颜料,如藻蓝蛋白检测或叶绿素a 1。虽然它们是用于实时和频繁的监测快速和廉价的方法是通知有关的类型和样品中存在的蓝藻数目,它们不给有关的潜在毒性信息。此外,它们需要专门知识的一定水平,考虑到它往往是很困难的密切相关的物种2之间进行区分。为了克服这些限制,光镜必须由生物和生物化学筛选测定法和用于藻毒素的鉴定和定量物理化学方法陪同。
酶联免疫吸附测定(ELISA),蛋白质磷酸抑制测定(PPIA),以及在小鼠中的神经化学测试是生物化学筛选测定法用于检测藻毒素的例子。而前两个是快速和灵敏的方法,当使用ELISA和PPIA测试限于三种类型的毒素已描述了误报。鼠标生物测定是一种定性的技术具有低灵敏度和精度,以及特殊许可和培训是必需的。此外,它不提供有关的样品中存在的毒素的类型的信息。藻毒素可以识别并通过其它分析方法,例如高效液相色谱(HPLC),液相色谱 - 质谱法进行定量(LC-MS),气相色谱(GC),气相色谱 - 质谱(GC-MS),或飞行的基质辅助激光解吸/电离飞行时间(MALDI-TOF)。然而,这仅仅是可能的,如果参考标准,这是需要编确定复杂样品中个体毒素浓度,可用3,4。此外,这些方法费时;需要昂贵的设备,耗材,和样品制备;而且必须由经验丰富和专业的工作人员来完成。基于分子的方法已经应用于数十年来检测,识别和量化蓝藻和其相应的藻毒素由于发表在基因组数据库的序列信息( 例如,国家生物技术信息中心,NCBI)。在这些方法是那些基于聚合酶链反应(PCR),它需要的套的用于DNA扩增的引物的设计,并取决于不同蓝藻物种的DNA序列的先前知识。虽然基因检测,如藻蓝蛋白操纵子,导致在属的水平准确识别,一些物种或菌株与未被发现此方法。然而,毒素编码基因,如那些属于微囊操纵子,促进毒素的样品中鉴定,其中生产者稀少5。然而,通过PCR检测毒素标记不一定意味着在环境中的毒性。此外,该组的开发来分析样品中存在的蓝藻和毒素生产者物种的整个范围的引物仍是不完整的,和进一步的研究必须完成识别未知物种。其他分子技术非基于PCR的, 如原位杂交(FISH)和DNA微阵列的荧光。
在过去的二十年中,微阵列技术已经获得了重要性在许多应用领域,尤其是在环境监测。 DNA微阵列允许7物种和分析4之间的歧视,6, SUP>,8,9,10,但它们被认为是非常费力和耗时的涉及多个步骤( 例如,微阵列性能,DNA提取,PCR扩增,以及杂交)的任务。出于这个原因,基于抗体,如夹层和竞争性免疫微阵列费时测定以下,已成为用于检测多个环境样品11,12,13的一个重要且可靠的高通量方法。抗体的能力特异性地识别其靶化合物,并检测少量分析物和蛋白质,以产生针对几乎任何物质的抗体的可能性沿,使抗体微阵列为环境目的的强大技术。此外,实现了多种的能力分析中作为英格尔测定法中,用检测从ppb至ppm的的限制,是本方法14的主要优点之一。
基于抗体的生物传感器已被证明是用于环境监测15,16,17,18,19,20,21的检测范围广泛的病原体和毒素的敏感和快速的工具。而DNA的方法涉及多个步骤,所述基于抗体的微阵列只要求主要是基于在合适的溶液中缓冲一小段裂解步骤的小样品制备。 Delehanty和Ligler 15报告基于能够检测4 ppb的一个的蛋白质浓度的抗体夹心免疫测定的蛋白质和复杂混合物细菌分析物的同时检测ð10 4 CFU /细胞中的溶液。 Szkola 等。 21已经开发proteotoxins和小毒素,化合物的同时检测可能在生物战中使用的廉价而可靠的多重微阵列。他们检测蓖麻毒素的浓度,以检测3 ppb的,在不到20分钟的上限。最近,CYANOCHIP,一种基于微阵列抗体的生物传感器用于原位检测有毒和无毒的蓝藻 ,已经描述了22。该芯片可为潜在的蓝藻水华的鉴定,主要是在水环境中,这是很难辨别微观。检测微阵列的的限制为10 2 - 10 3个细胞的大多数物种,转动该生物传感器为用于多重检测和蓝藻鉴定具有成本有效的工具,即使在种的水平。所有这些特性使antiboDY微阵列技术,尤其是在这项工作中提出的方法中,更快和更简单的方法相比,上述技术。
这项工作提出的使用的抗体微阵列的生物传感器,以检测土壤和水样中蓝藻的存在下的实验的两个例子。它是基于夹心免疫测定形式的简单和可靠的方法,该方法需要非常小的样品体积和非常基本的样品制备。该方法需要很短的时间,并可以在现场容易地进行。
1.免疫原的制备
2.生产多克隆抗体的
3.抗体PURIFication
4.荧光抗体标记
5. CYANOCHIP生产
6.准备环境多分析提取物的荧光夹心免疫芯片的(FSMI)
7.荧光夹心免疫芯片(FSMI)
8.扫描荧光
9.图像处理和数据分析
这个工作介绍使用CYANOCHIP抗体微阵列的最相关淡水蓝藻物种的同时鉴定( 表1)一个多重免疫测定试验。微阵列可以是印刷到显微镜载玻片上一个3×8微阵列格式。每个微阵列是由一组中一个一式三份点图案印刷17的抗体,其相应的免疫前抗体和BSA作为阴性对照。所述微阵列还包含一种荧光帧,使用荧光标记的免疫前抗体容易地定位微阵列图案22(<...
这里,使用CYANOCHIP,17抗体微阵列为广泛蓝藻属的检测和鉴定,多路复用荧光夹心免疫测定中描述22。这些蓝藻代表最频繁的海底和浮游属淡水栖息地,其中一些是毒素生产者。最近,荧光夹心免疫测定格式已被用来鉴别在环境应用26,27,28的微生物和/或bioanalytes。该协议主要是基于两个步骤:(i)固定...
The authors have nothing to disclose.
我们感谢来自马德里自治大学安东尼·克萨达博士提供蓝藻菌。这项工作是由西班牙部:EconomíaŸCompetitividad的Subdirección一般德PROYECTOS德Investigación(MINECO)资助,授予没有。 AYA2011-24803和ESP2014-58494-R。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 mm pore diameter filters | Millipore | GSWP04700 | For preparation of immunogens |
Eppendorf 5424R microcentrifuge | Fisher Scientific | For preparation of immunogens | |
Phosphate buffer saline (PBS) pH 7.4 (10x) | Thermo Fisher Scientific | 70011036 | 50 mM potassium phosphate, 150 mM NaCl, pH 7.4 |
Ultrasonic processor UP50H | Hielscher | For preparation of immunogens | |
Complete Freund's adjuvant | Sigma-Aldrich | F5881 | Immunopotentiator |
Incomplete Freud's adjuvant | Sigma-Aldrich | F5506 | For boost injections |
Protein A antibody purification kit | Sigma-Aldrich | PURE1A | For isolation of IgG |
Centrifugal filter devices MWCO<100 kDa | Millipore | UFC510096-96K | For isolation of IgG |
Dialysis tubings, benzoylated | Sigma-Aldrich | D7884-10FT | For isolation of IgG |
Illustra Microspin G-50 columns | GE-HealthCare | GE27-5330-02 | For isolation of IgG |
Bradford reagent | Sigma-Aldrich | B6916-500 mL | To quantify the antibody concentration |
MicroBCA protein assay kit | Thermo Scientific | 23235 | To quantify the antibody concentration |
Protein arraying buffer 2x | Whatman (Sigma Aldrich) | S00537 | Printing buffer; 30 - 40% glycerol in 1x PBS with 0.01% Tween 20 |
Tween 20 | Sigma-Aldrich | P9416 | Non-ionic detergent |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A9418 | Control for printing; blocking reagent |
384-wells microplate | Genetix | X6004 | For antibody printing |
Robot arrayer for multiple slides | MicroGrid II TAS arrayer from Digilab | For antibody printing | |
Epoxy substrate glass slides | Arrayit corporation | VEPO25C | Solid support for antibody printing |
Alexa Fluor-647 Succinimidyl-ester | Molecular probes | A20006 | Fluorochrome |
DMSO | Sigma-Aldrich | D8418 | Fluorochrome dissolvent |
Heidolph Titramax vibrating platform shaker | Fisher Scientific | For antibody labeling | |
Illustra Microspin G-50 columns | Healthcare | 27-5330-01 | For purification of labeled antibodies |
Safe seal brown 0.5 mL tubes | Sarstedt | 72,704,001 | For labeled antibodies storage |
Nanodrop 1000 spectrophotometer | Thermo Scientific | To quantify antibody concentration and labeling efficiency | |
3 µm pore size polycarbonate 47 mm diameter filter | Millipore | TMTP04700 | To concentrate cells |
1 M Trizma hydrochloride solution pH 8 | Sigma-Aldrich | T3038 | For TBSTRR preparation; to block slides |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | For TBSTRR preparation |
20 µm nylon filters | Millipore | NY2004700 | For environmental extract preparation |
10 - 12 mm filter holders | Millipore | SX0001300 | For environmental extract preparation |
Protease inhibitor cocktail | Sigma-Aldrich | P8340 | For environmental extract storage |
1 M Trizma hydrochloride solution pH 9 | Sigma-Aldrich | T2819 | To block slides |
Heidolph Duomax 1030 rocking platform shaker | VWR | To block slides; for incubation processes | |
VWR Galaxy miniarray microcentrifuge | VWR | C1403-VWR | To dry slides |
Multi-Well microarray hybridization cassette | Arrayit corporation | AHC1X24 | Cassette for 24 assays per slide |
GenePix 4100A microarray scanner | Molecular Devices | Scanner for fluorescence | |
GenePix Pro Software | Molecular Devices | Software for image analysis and quantification |
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