Cultivo celular bacteriano en el nivel de una sola célula dentro de las vesículas gigantes

Masamune Morita; Yuri Ota; Kaoru Katoh; Naohiro Noda

doi:10.3791/59555

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Cultivo celular bacteriano en el nivel de una sola célula dentro de las vesículas gigantes

DOI:

10.3791/59555

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April 30th, 2019

Masamune Morita¹, Yuri Ota¹^,², Kaoru Katoh¹, Naohiro Noda¹^,²

¹Biomedical Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), ²Department of Life Science and Medical Bioscience, Waseda University

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Resumen

Demostramos el cultivo monocelular de bacterias dentro de vesículas gigantes (GV). Los GV que contenían células bacterianas fueron preparados por el método de transferencia de gotas y fueron inmovilizados sobre una membrana apoyada sobre un sustrato de vidrio para la observación directa del crecimiento bacteriano. Este enfoque también puede ser adaptable a otras células.

Resumen

Desarrollamos un método para cultivar células bacterianas a nivel de una sola célula dentro de vesículas gigantes (GV). El cultivo celular bacteriano es importante para entender la función de las células bacterianas en el medio natural. Debido a los avances tecnológicos, varias funciones celulares bacterianas se pueden revelar a nivel de una sola célula dentro de un espacio confinado. Los GV son compartimentos esféricos de tamaño micro compuesto por moléculas de lípidos anfifílicos y pueden contener diversos materiales, incluidas las células. En este estudio, una sola célula bacteriana fue encapsulada en 10-30 m de GV por el método de transferencia de gotas y los GV que contienen células bacterianas fueron inmovilizados en una membrana apoyada en un sustrato de vidrio. Nuestro método es útil para observar el crecimiento en tiempo real de bacterias individuales dentro de los GV. Cultivamos células escherichia coli (E. coli) como modelo dentro de los GV, pero este método se puede adaptar a otros tipos de células. Nuestro método se puede utilizar en los campos científico e industrial de la microbiología, la biología, la biotecnología y la biología sintética.

Introducción

El cultivo de células bacterianas a nivel de una sola célula ha recibido cada vez más atención. Cultivar células bacterianas a nivel de una sola célula dentro de un espacio confinado puede dilucidar funciones bacterianas como la variabilidad fenotípica¹^,²^,³^,⁴, comportamiento celular⁵^, ⁶ ^, ⁷ ^, ⁸ ^, ⁹, y resistencia a los antibióticos¹⁰^,¹¹. Debido a los recientes avances en las técnicas de cultivo, el cultivo de bacterias individuales se puede lograr dentro de un espacio confinado, como en un bien-chip⁴^,⁷^,⁸, gota de gel¹²^,¹³, y gota de agua en aceite (W/O)⁵^,¹¹. Para promover la comprensión o la utilización de células bacterianas individuales, se necesitan desarrollos técnicos adicionales de las técnicas de cultivo.

Las vesículas que imitan la membrana celular biológica son compartimentos esféricos que consisten en moléculas anfifílicas y pueden contener diversos materiales. Las vesículas se clasifican según el tamaño e incluyen vesículas pequeñas (SVs, diámetro < 100 nm), vesículas grandes (LV, <1 m) y vesículas gigantes (GV, >1 m). SVs o LV se utilizan comúnmente como portadores de drogas debido a su afinidad con la membrana celular biológica¹⁴. Los GV también se han utilizado como sistema de reactores para la construcción de protocélulas¹⁵ o células artificiales^16. La encapsulación de células biológicas en GV se ha reportado¹⁷^,¹⁸, y por lo tanto los GV muestran potencial como un sistema de cultivo celular cuando se combina con el sistema del reactor.

Aquí, junto con un video de procedimientos experimentales, describimos cómo los GV pueden ser utilizados como nuevos buques de cultivo celular¹⁹. Los GV que contenían bacterias fueron fabricados por el método de transferencia de gotas²⁰ y luego fueron inmovilizados en una membrana apoyada en un vidrio de cubierta. Utilizamos este sistema para observar el crecimiento bacteriano a nivel de una sola célula dentro de los GV en tiempo real.