Este trabajo fue parcialmente apoyado por la beca no. 213/09 de la ciencia israelí Fundación, no se conceda ninguna. 2005258 de la fundación BSF, no se conceda ninguna. 201665 del Consejo Europeo de Investigación (CEI), y por el Instituto de Nanotecnología Russell Berrie en el Technion. Reconocemos la ayuda del profesor Noam Adir y Salame Faris de la Facultad de Química Schulich en el Technion en relación con el suministro y manejo de las cianobacterias. La ayuda y el apoyo de Svetlana Yoffis del Technion Micro-Nano Unidad de fabricación es muy apreciada.

1. Resumen de ESR Micro-imágenes En primer lugar, ofrecemos una breve explicación de ESR, microscopía de ESR, y los diversos componentes de nuestro sistema, a continuación, se describirán los experimentos de imagen real. Resonancia de spin electrónico es una técnica espectroscópica en la que se absorbe la radiación electromagnética a una frecuencia específica de moléculas con espines de los electrones no apareados, bajo un campo magnético estático externo (Figura 1). ESR se emplea en grandes áreas de la ciencia, como la química, la biología, la física y la ciencia de materiales, para la detección e identificación de los radicales libres y centros paramagnéticos. Es un poderoso método para estudiar el medio ambiente de las moléculas paramagnéticas en especies vivas y proporciona información sobre la acidez (pH), la viscosidad, el oxígeno y las concentraciones de especies reactivas de oxígeno 3. Para muestras heterogéneas, la información espectral ESR se puede obtener de una manera resuelta espacialmente (es decir, mediante la obtención de una imagen), a través del uso de gradientes de campo magnético 4. Esto es muy similar al método más común de la resonancia magnética (MRI), que observa principalmente spins de protón. Hasta ahora, las técnicas de imagen como ESR se aplicaron para especímenes vivos de tamaño relativamente grande de unos pocos centímetros y milímetros escala de resolución. (Por ejemplo, véase la figura 2, tomada de referencia 5.) Un desarrollo relativamente reciente de la VSG imagen es la ampliación de su capacidad de mirar a los animales pequeños en escala milimétrica resolución de las mediciones de las muestras milimétricas y submilimétricas tamaño con escala micrométrica resolución. Este campo se conoce como microscopio de ESR, que hoy puede ofrecer imágenes 3D ESR con una resolución de acercarse a 1 micra 2 (ver ejemplos representativos en la Figura 3). Un microscopio de ESR es esencialmente similar a un espectrómetro de ESR convencionales. Tiene un imán para generar el campo estático, un sistema de microondas para la excitación de giro y la detección de señales, una sonda para la celebración de la muestra, y una consola computarizada para controlar el proceso de adquisición y manejo de datos. Otros componentes únicos de la imagen de ESR en general y también existente en microscopia ESR son magnéticos fuentes de gradiente de campo, que forman parte del sistema electrónico, y bobinas de gradiente que se encuentran en la sonda de imagen. Más detalles sobre nuestro sistema específico se muestran en la película y el protocolo descrito en la referencia 2. 2. ESR Micro-Preparación de la muestra de imágenes Esta etapa se describe el método para la preparación de muestras para la velocidad de sedimentación globular de micro-imágenes experimento. Al final de esta etapa las células se colocan en el fondo de un recipiente de vidrio especialmente preparadas ESR muestra de microscopio con una solución radical tritilo tampón 6. Este protocolo describe la medición de las células de cianobacterias y, por tanto, para otros tipos de células, los ajustes adecuados puede ser necesaria en la etapa de preparación de la muestra. <ol><li> En primer lugar, algunos cuadrados de papel absorbente con un tamaño de ~ 400 400 micras se toman y se inserta en un tubo Eppendorf que posteriormente se llena con 1,2 ml de la suspensión de las cianobacterias (en una concentración de 40 mg / ml). </li><li> La suspensión se centrifuga durante 2 minutos a 6000 rpm en una microcentrífuga. </li><li> A continuación, el búfer de sobrenadante se elimina por completo a excepción de ~ 50 l que se dejan para evitar la deshidratación cianobacterias. Como resultado de este proceso, el papel absorbente está saturado por las células de cianobacterias. </li><li> Con unas pinzas finas, algunas fibras se extraen de la de papel y se coloca en el fondo de una taza-como titular de la muestra preparada especialmente de vidrio 7. Después de que un 3 mm de tritilo de BG-11 una solución 8, 9 (ver Esquema 1) se añade el soporte de muestras con la ayuda de una jeringa bien. El titular se sella con pegamento curable UV, dejando una pequeña salida de aire abierto. <table border="1"><tbody><tr><td> Archivo 4 </td><td> Stock 3 </td><td> Stock 2 </td><td> Stock 1 </td></tr><tr><td> H 3 BO 3 2.86g/liter </td><td> K 2 HPO 4: 3H 2 O 4.0g/liter </td><td> MgSO 4: 7H 2 O 7.5g/liter </td><td> Na 2 Mg EDTA 0.1g/liter </td></tr><tr><td> MnCl2: 4H 2 O 1.81g/liter </td><td></td><td></td><td> Citrato férrico amónico 0.6g/liter </td></tr><tr><td> ZnSO4: 7H 2 O 0.222g/liter </td><td></td><td></td><td> El ácido cítrico: 1H2O 0.6g/liter </td&gt; </tr><tr><td> CuSO 4: 5H 2 O 0.079g/liter </td><td></td><td></td><td> CaCl2: 2H 2 O 3.6g/liter </td></tr><tr><td> COCl 2 : 6H 2 O 0.050g/liter </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> NaMoO 4: 2H 2 O 0.391g/liter </td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table> Esquema 1. Preparación de BG-11 medianas. </li></ol> 3. ESR Micro-imágenes de los experimentos <ol><li> Para comenzar con el experimento de imágenes, a su vez en la velocidad de sedimentación globular de micro-sistema de imágenes e insertar la muestra en el resonador que va dentro de la sonda de imagen. </li><li> Ahora, usando el software de control por ordenador, configure el sistema en &quot;Tune&quot; y el modo de encontrar la frecuencia de resonancia de microondas de la sonda, que será utilizado para las mediciones de ESR. </li><li> A continuación, establezca el campo magnético estático en el valor que coincide con la frecuencia de microondas aplicada, establecer los parámetros de tiempo de la secuencia de pulsos y observar la señal de ESR para asegurarse de que el sistema funciona bien y la muestra está bien preparado. </li><li> A continuación, establezca los parámetros de imagen, tales como el número de píxeles, la fuerza de los gradientes, y la duración de los pulsos de gradiente a sus valores requeridos. </li><li> Después de la instalación, conseguir tres imágenes 3D ESR por una secuencia de eco de Hahn imagen de pulso (Figura 4) con una separación entre impulsos, los valores de  500, 600 y 700 ns. </li><li> La luz proyectada en la muestra se activa o desactiva en función de las condiciones experimentales necesarias. </li><li> Durante la adquisición, los datos se guardan automáticamente. Archivos de datos en bruto tesis se procesan a través de scripts de software Matlab para proporcionar imágenes de la concentración de tritilo radical y el tiempo de relajación T 2 del mapa, que se traduce en una imagen de la concentración de oxígeno a través de pre-existentes de calibración. </li></ol> 4. Resultados representante Los resultados del experimento son varias tridimensional ESR micro-imágenes grabadas en diferentes valores de τ. Típicas imágenes de los datos en bruto se proporcionan en la figura 5. Los tres mejores imágenes, medido bajo condiciones de oscuridad, son muy similares, excepto por la reducción en la intensidad de la señal. Por otro lado, el patrón cambia la imagen a la radiación de la luz debido a los tiempos de relajación en diferentes partes de la muestra. Estos datos se pueden procesar de 1 a obtener una imagen de amplitud, como se muestra en la Figura 6 y también las imágenes del tiempo de relajación, T 2 (Figura 7). La T 2 imágenes se traducen en valores de concentración de oxígeno a través de una curva de calibración pre-existente que une a la concentración de oxígeno en el tiempo de relajación a través de la ecuación: <img src="/files/ftp_upload/2122/2122eq.jpg" alt="La ecuación 1" /> Aquí, T 2 0 es el tiempo de relajación spin-spin de la sonda en condiciones de anoxia (dependiendo de la concentración de la sonda, C, y su coeficiente de difusión, D), y k es una constante de proporcionalidad. En la mayoría de los casos, el coeficiente de difusión no varía mucho de las muestras en vivo (aunque, si es necesario, puede, en principio, ser directamente evaluadas también por ESR 6, 10), y la concentración de giro se obtiene durante el proceso de imágenes. Por lo tanto, esta relación se puede utilizar para medir directamente la concentración de oxígeno. Volviendo a la Figura 6, es evidente de la imagen de la amplitud que las células de cianobacterias se localizaron principalmente en el lado derecho del titular de la muestra. Por otra parte, sobre la base de la figura 7, está claro que la luz se inicia la producción de O 2 y causa un aumento significativo en la solución de O 2 de la concentración, sobre todo en los voxels cerca de las cianobacterias. <img src="/files/ftp_upload/2122/2122fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1: Los niveles de energía de resonancia de spin electrónico. <img src="/files/ftp_upload/2122/2122fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2: imagen típica de la concentración de oxígeno de un ratón con tumores. La imagen de la izquierda muestra la información anatómica, basada en una imagen de resonancia magnética. Un radical libre estable orgánica se inyectó a los ratones y sus características ESR proporcionan la concentración de oxígeno en su entorno (derecha). ESR-basada en los resultados se superponen a la imagen anatómica MRI. Campo de visión es de 32 mm. <img src="/files/ftp_upload/2122/2122fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3: Dos ejemplos de alta resolución de micro-escala ESR imágenes de la muestra photolithographically generado con N @ C 60 en polvo (izquierda) y los cristales CFIG paramagnético (derecha) <img src="/files/ftp_upload/2122/2122fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4: Típica Hahn imágenes que muestran la secuencia de pulsos de microondas (MW) y el gradiente, G x, y G y G z pulsos. <img src="/files/ftp_upload/2122/2122fig5.jpg" alt="Figura 5" /> Figura 5: Típica de datos sin ESR micro-imágenes: a, b, c son los datos en bruto de la muestra cianobacteria sin iluminación de la luz medida para τ = 500600700 ns, respectivamente. Los literales d, e, y son las mismas que a, b, c, pero con una iluminación de luz. La intensidad se representan en la escala arbitraria (pero es consistente dentro de cada conjunto de tres imágenes en bruto oscuras o claras de datos) <img src="/files/ftp_upload/2122/2122fig6.jpg" alt="Figura 6" /> Figura 6: la imagen de amplitud correspondiente a la concentración de radicales en la solución (escala arbitraria). <img src="/files/ftp_upload/2122/2122fig7.jpg" alt="Figura 7" /> Figura 7: T 2 imágenes y el correspondiente [O 2] Los valores en negro (izquierda) y luz (derecha) las condiciones.

<ol>
	<li>Halevy, R., Tormyshev, V., Blank, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-imaging+of+Oxygen+Concentration+near+Live+Photosynthetic+Cells+by+Electron+Spin+Resonance.">Micro-imaging of Oxygen Concentration near Live Photosynthetic Cells by Electron Spin Resonance.</a> Biophysical Journal. , (2010).</li><li>Blank, A., Suhovoy, E., Halevy, R., Shtirberg, L., Harneit, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ESR+imaging+in+solid+phase+down+to+sub-micron+resolution:+methodology+and+applications.">ESR imaging in solid phase down to sub-micron resolution: methodology and applications.</a> J Phys Chem. 11, 6689-6699 (2009).</li><li>Gallez, B., Swartz, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+EPR:+when,+how+and+why?.">In vivo EPR: when, how and why?.</a> NMR Biomed. 17, 223-225 (2004).</li><li>Eaton, G. R., Eaton, S. S., Ohno, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> EPR imaging and in vivo EPR. , (1991).</li><li>Matsumoto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+imaging+of+tumor+oxygenation+and+microvascular+permeability+using+Overhauser+enhanced+MRI.">Simultaneous imaging of tumor oxygenation and microvascular permeability using Overhauser enhanced MRI.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 106, 17898-17903 (2009).</li><li>Talmon, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Diffusion+in+Porous+Media+by+PGSE.">Molecular Diffusion in Porous Media by PGSE.</a> ESR. J Phys Chem. , (2010).</li><li>Halevy, R., Talmon, Y., Blank, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photolithographic+production+of+glass+sample+holders+for+improved+sensitivity+and+resolution+in+ESR+microscopy.">Photolithographic production of glass sample holders for improved sensitivity and resolution in ESR microscopy.</a> Applied Magnetic Resonance. 31, 591-598 (2007).</li><li>Allen, M. M., Stanier, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+Division+of+Some+Unicellular+Blue-Green+Algae.">Growth and Division of Some Unicellular Blue-Green Algae.</a> J Gen Microbiol. 51, 199-199 (1968).</li><li>Rippka, R., Deruelles, J., Waterbury, J. B., Herdman, M., Stanier, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generic+Assignments,+Strain+Histories+and+Properties+of+Pure+Cultures+of+Cyanobacteria.">Generic Assignments, Strain Histories and Properties of Pure Cultures of Cyanobacteria.</a> J Gen Microbiol. 111, 1-61 (1979).</li><li>Blank, A., Talmon, Y., Shklyar, M., Shtirberg, L., Harneit, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurement+of+diffusion+in+liquid+phase+by+electron+spin+resonance.">Direct measurement of diffusion in liquid phase by electron spin resonance.</a> Chem Phys Lett. 465, 147-152 (2008).</li></ol>

Este protocolo muestra cómo ESR micro-imagen se pueden aplicar a la concentración de oxígeno del mapa cerca de vivir pequeñas muestras. Una resolución espacial de aproximadamente 30 x 30 x 100 m se demuestra, con casi micromolar sensibilidad concentración de oxígeno y sub-femtomol sensibilidad absoluta de oxígeno por voxel. El uso de ESR micro-imágenes para el mapeo de oxígeno cerca de las células complementa las técnicas disponibles actualmente sobre la base de micro-electrodos o de fluorescencia / fosforescencia. Además, con la sonda paramagnética adecuada, será de fácil aplicación para intracelular de oxígeno micro-imagen, una capacidad que otros métodos resulta muy difícil de lograr. En un futuro próximo tenemos la intención de mejorar aún más esta metodología para ofrecer imágenes en directo de la muestra con una resolución de unos pocos micrones, proporciona parámetros de contraste, tales como la concentración de superóxido, la acidez (pH), el coeficiente de difusión de la sonda y, por supuesto, la concentración de oxígeno. Estas funciones son complementarias a las actuales metodologías basadas en la óptica, tanto en términos de tipo de cambio y también de las características de las muestras (por ejemplo, la falta de transparencia muestras de espesor y, en algunos casos, las mediciones intracelulares vs extracelular).

<table border="1">
	<thead>
		<tr>
			<th>Material Name</th>
			<th>Type</th>
			<th>Company</th>
			<th>Catalogue Number</th>
			<th>Comment</th>
		</tr>
	</thead>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Centrifuge </td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Kendro</td>
			<td>Heraus, 75003235</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perdeuterated triarylmethyl (trityl) radical</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Synthesized at Novosibirsk using the method described in reference 6.</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BG-11 buffer</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>For instruction preparation, see Scheme 1 and references 8, 9. </td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>Microliter 7000.5</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultraviolet Curing</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Norland Products, Inc.</td>
			<td>NOA63, or NOA61.</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electron spin resonance micro-imaging of live species for oxygen mapping

Este protocolo describe una resonancia de spin electrónico (ESR) micro-método para imágenes tridimensionales de mapeo de los niveles de oxígeno en el entorno inmediato de las células vivas con una resolución de escala micrométrica 1. El oxígeno es una de las moléculas más importantes en el ciclo de vida. Que sirve como receptor terminal de electrones de la fosforilación oxidativa en las mitocondrias y se utiliza en la producción de especies reactivas del oxígeno. Las mediciones de oxígeno son importantes para el estudio de las funciones mitocondriales y metabólicos, vías de señalización, los efectos de los diversos estímulos, permeabilidad de la membrana, y la diferenciación de la enfermedad. El consumo de oxígeno es por lo tanto, un marcador informativo del metabolismo celular, que es ampliamente aplicable a diferentes sistemas biológicos de las mitocondrias en las células de organismos completos. Debido a su importancia, muchos métodos han sido desarrollados para las mediciones de oxígeno en los sistemas vivos. Los intentos actuales para proporcionar imágenes de alta resolución de oxígeno se basan principalmente en la fluorescencia óptica y los métodos de fosforescencia que no ofrecen resultados satisfactorios, ya que emplean sondas con fotografías de alta toxicidad y sensibilidad con poco oxígeno. ESR, que mide la señal de las sondas paramagnéticas exógenos en la muestra, es conocida por proporcionar mediciones muy precisas de la concentración de oxígeno. En un caso típico, las mediciones de ESR mapa LineShape ampliación de la sonda y / o relajación, acortando el tiempo que están vinculados directamente a la concentración de oxígeno local. (El oxígeno es paramagnética, por lo tanto, al chocar con la sonda paramagnética exógenos, que falta de su tiempo de relajación.) Tradicionalmente, este tipo de experimentos se llevan a cabo con una resolución baja, a escala milimétrica ESR para obtener imágenes de pequeños animales. Aquí mostramos como ESR imágenes también se pueden realizar en la escala micrométrica para el examen de las pequeñas muestras vivas. ESR micro-imagen es una metodología relativamente nueva que permite la adquisición de resolver espacialmente las señales de ESR con una resolución de 1 micra acercarse a temperatura ambiente 2. El principal objetivo de este protocolo de papel es mostrar cómo este nuevo método, junto con el nuevo desarrollo sensibles al oxígeno, sondas, se puede aplicar a la cartografía de los niveles de oxígeno en pequeñas muestras vivas. Una resolución espacial de aproximadamente 30 x 30 x 100 m se demuestra, con casi micromolar sensibilidad concentración de oxígeno y sub-femtomol sensibilidad absoluta de oxígeno por voxel. El uso de ESR micro-imágenes para el mapeo de oxígeno cerca de las células complementa las técnicas disponibles actualmente sobre la base de micro-electrodos o de fluorescencia / fosforescencia. Además, con la sonda paramagnética adecuada, sino que también será de fácil aplicación para intracelular de oxígeno micro-imagen, una capacidad que otros métodos resulta muy difícil de lograr.

Watch this Scientific Journal Video about Electron Spin Resonance Micro-imaging of Live Species for Oxygen Mapping at JoVE.com

Electron Spin Resonance Micro-imaging of Live Species for Oxygen Mapping

Este protocolo describe un método de tres dimensiones escala micrométrica imágenes de la concentración de oxígeno en el entorno inmediato de las células vivas por microscopía electrónica de resonancia de spin.

Resonancia de spin electrónico micro imágenes en vivo de las especies para la asignación de oxígeno

This protocol describes an electron spin resonance (ESR) micro-imaging method for three-dimensional mapping of oxygen levels in the immediate environment ...

electron-spin-resonance-micro-imaging-live-species-for-oxygen

Research

JoVE Journal

Biology

22.2K vistas.  The Technion, Israel Institute of Technology. Este protocolo describe un método de tres dimensiones escala micrométrica imágenes de la concentración de oxígeno en el entorno inmediato de las células vivas por microscopía electrónica de resonancia de spin.

Video: Electron Spin Resonance Micro-imaging of Live Species for Oxygen Mapping

A Noninvasive Hair Sampling Technique to Obtain High Quality DNA from Elusive Small Mammals

Noninvasive genetic sampling approaches are becoming increasingly important to study wildlife populations. A number of studies have reported using noninvasive sampling techniques to investigate population genetics and demography of wild populations1. This approach has proven to be especially useful when dealing with rare or elusive species2. While a number of these methods have been developed to sample hair, feces and other biological material from carnivores and medium-sized mammals, they have largely remained untested in elusive small mammals. In this video, we present a novel, inexpensive and noninvasive hair snare targeted at an elusive small mammal, the American pika (Ochotona princeps). We describe the general set-up of the hair snare, which consists of strips of packing tape arranged in a web-like fashion and placed along travelling routes in the pikas&#x2019; habitat. We illustrate the efficiency of the snare at collecting a large quantity of hair that can then be collected and brought back to the lab. We then demonstrate the use of the DNA IQ system (Promega) to isolate DNA and showcase the utility of this method to amplify commonly used molecular markers including nuclear microsatellites, amplified fragment length polymorphisms (AFLPs), mitochondrial sequences (800bp) as well as a molecular sexing marker. Overall, we demonstrate the utility of this novel noninvasive hair snare as a sampling technique for wildlife population biologists. We anticipate that this approach will be applicable to a variety of small mammals, opening up areas of investigation within natural populations, while minimizing impact to study organisms.

We present a noninvasive sampling approach to efficiently collect hair samples from elusive small mammals, as shown for the American pika. We demonstrate the utility of this method by extracting DNA from sampled hair and amplifying several types of molecular markers commonly used in studies of wildlife ecology and conservation.

Un cabello no invasiva técnica de muestreo para obtener ADN de alta calidad de esquiva Pequeños Mamíferos

Noninvasive genetic sampling approaches are becoming increasingly important to study wildlife populations. A number of studies have reported using ...

Investigación

Biología

Detection of Nitric Oxide and Superoxide Radical Anion by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy from Cells using Spin Traps

Reactive nitrogen/oxygen species (ROS/RNS) at low concentrations play an important role in regulating cell function, signaling, and immune response but in unregulated concentrations are detrimental to cell viability1, 2. While living systems have evolved with endogenous and dietary antioxidant defense mechanisms to regulate ROS generation, ROS are produced continuously as natural by-products of normal metabolism of oxygen and can cause oxidative damage to biomolecules resulting in loss of protein function, DNA cleavage, or lipid peroxidation3, and ultimately to oxidative stress leading to cell injury or death4. 
Superoxide radical anion (O2&bull;-) is the major precursor of some of the most highly oxidizing species known to exist in biological systems such as peroxynitrite and hydroxyl radical. The generation of O2&bull;- signals the first sign of oxidative burst, and therefore, its detection and/or sequestration in biological systems is important. In this demonstration, O2&bull;- was generated from polymorphonuclear neutrophils (PMNs). Through chemotactic stimulation with phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA), PMN generates O2&bull;- via activation of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase5. 
Nitric oxide (NO) synthase which comes in three isoforms, as inducible-, neuronal- and endothelial-NOS, or iNOS, nNOS or eNOS, respectively, catalyzes the conversion of L- arginine to L-citrulline, using NADPH to produce NO6. Here, we generated NO from endothelial cells. Under oxidative stress conditions, eNOS for example can switch from producing NO to O2&bull;- in a process called uncoupling, which is believed to be caused by oxidation of heme7 or the co-factor, tetrahydrobiopterin (BH4)8.
There are only few reliable methods for the detection of free radicals in biological systems but are limited by specificity and sensitivity. Spin trapping is commonly used for the identification of free radicals and involves the addition reaction of a radical to a spin trap forming a persistent spin adduct which can be detected by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The various radical adducts exhibit distinctive spectrum which can be used to identify the radicals being generated and can provide a wealth of information about the nature and kinetics of radical production9.
The cyclic nitrones, 5,5-dimethyl-pyrroline-N-oxide, DMPO10, the phosphoryl-substituted DEPMPO11, and the ester-substituted, EMPO12 and BMPO13, have been widely employed as spin traps--the latter spin traps exhibiting longer half-lives for O2&bull;- adduct. Iron (II)-N-methyl-D-glucamine dithiocarbamate, Fe(MGD)2 is commonly used to trap NO due to high rate of adduct formation and the high stability of the spin adduct14.

Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy was employed to detect nitric oxide from bovine aortic endothelial cells and superoxide radical anion from human neutrophils using iron (II)-N-methyl-D-glucamine dithiocarbamate, Fe(MGD)2 and 5,5-dimethyl-1-pyroroline-N-oxide, DMPO, respectively.

La detección de óxido nítrico y el radical anión superóxido por espectroscopía de resonancia paramagnética de electrones de las células utilizando atrapadores

Reactive nitrogen/oxygen species (ROS/RNS) at low concentrations play an important role in regulating cell function, signaling, and immune response but in ...

Detecting, Visualizing and Quantitating the Generation of Reactive Oxygen Species in an Amoeba Model System

Reactive oxygen species (ROS) comprise a range of reactive and short-lived, oxygen-containing molecules, which are dynamically interconverted or eliminated either catalytically or spontaneously. Due to the short life spans of most ROS and the diversity of their sources and subcellular localizations, a complete picture can be obtained only by careful measurements using a combination of protocols. Here, we present a set of three different protocols using OxyBurst Green (OBG)-coated beads, or dihydroethidium (DHE) and Amplex UltraRed (AUR), to monitor qualitatively and quantitatively various ROS in professional phagocytes such as Dictyostelium. We optimised the beads coating procedures and used OBG-coated beads and live microscopy to dynamically visualize intraphagosomal ROS generation at the single cell level. We identified lipopolysaccharide (LPS) from E. coli as a potent stimulator for ROS generation in Dictyostelium. In addition, we developed real time, medium-throughput assays using DHE and AUR to quantitatively measure intracellular superoxide and extracellular H2O2 production, respectively.

We adapted a set of protocols for the measurement of reactive oxygen species (ROS) that can be applied in various amoeba and mammalian cellular models for qualitative and quantitative studies.

La detección, la visualización y cuantificación de la generación de especies reactivas de oxígeno en un sistema modelo de la ameba

Reactive oxygen species (ROS) comprise a range of reactive and short-lived, oxygen-containing molecules, which are dynamically interconverted or ...

Investigating Protein-protein Interactions in Live Cells Using Bioluminescence Resonance Energy Transfer

Assays based on Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) provide a sensitive and reliable means to monitor protein-protein interactions in live cells. BRET is the non-radiative transfer of energy from a 'donor' luciferase enzyme to an 'acceptor' fluorescent protein. In the most common configuration of this assay, the donor is Renilla reniformis luciferase and the acceptor is Yellow Fluorescent Protein (YFP). Because the efficiency of energy transfer is strongly distance-dependent, observation of the BRET phenomenon requires that the donor and acceptor be in close proximity. To test for an interaction between two proteins of interest in cultured mammalian cells, one protein is expressed as a fusion with luciferase and the second as a fusion with YFP. An interaction between the two proteins of interest may bring the donor and acceptor sufficiently close for energy transfer to occur. Compared to other techniques for investigating protein-protein interactions, the BRET assay is sensitive, requires little hands-on time and few reagents, and is able to detect interactions which are weak, transient, or dependent on the biochemical environment found within a live cell. It is therefore an ideal approach for confirming putative interactions suggested by yeast two-hybrid or mass spectrometry proteomics studies, and in addition it is well-suited for mapping interacting regions, assessing the effect of post-translational modifications on protein-protein interactions, and evaluating the impact of mutations identified in patient DNA.

Interactions between proteins are fundamental to all cellular processes. Using Bioluminescence Resonance Energy Transfer, the interaction between a pair of proteins can be monitored in live cells and in real time. Furthermore, the effects of potentially pathogenic mutations can be assessed.

La investigación de las interacciones proteína-proteína en las células vivas utilizando la transferencia de energía de resonancia de bioluminiscencia

Assays based on Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) provide a sensitive and reliable means to monitor protein-protein interactions in live ...

Enhanced Northern Blot Detection of Small RNA Species in Drosophila Melanogaster

The last decades have witnessed the explosion of scientific interest around gene expression control mechanisms at the RNA level. This branch of molecular biology has been greatly fueled by the discovery of noncoding RNAs as major players in post-transcriptional regulation. Such a revolutionary perspective has been accompanied and triggered by the development of powerful technologies for profiling short RNAs expression, both at the high-throughput level (genome-wide identification) or as single-candidate analysis (steady state accumulation of specific species). Although several state-of-art strategies are currently available for dosing or visualizing such fleeing molecules, Northern Blot assay remains the eligible approach in molecular biology for immediate and accurate evaluation of RNA expression. It represents a first step toward the application of more sophisticated, costly technologies and, in many cases, remains a preferential method to easily gain insights into RNA biology. Here we overview an efficient protocol (Enhanced Northern Blot) for detecting weakly expressed microRNAs (or other small regulatory RNA species) from Drosophila melanogaster whole embryos, manually dissected larval/adult tissues or in vitro cultured cells. A very limited amount of RNA is required and the use of material from flow cytometry-isolated cells can be also envisaged.

Enhanced Northern Blot Detection of Small RNA Species in Drosophila Melanogaster

The aim of this publication is to visualize and discuss the operative steps of an Enhanced Northern Blot protocol on RNA extracted from Drosophila melanogaster embryos, cells, and tissues. This protocol is particularly useful for the efficient detection of small RNA species.

Mejorada del Norte Blot Detección de los Pequeños ARN Especies en<em&gt; Drosophila melanogaster</em

The last decades have witnessed the explosion of scientific interest around gene expression control mechanisms at the RNA level. This branch of molecular ...

Characterization of Calcification Events Using Live Optical and Electron Microscopy Techniques in a Marine Tubeworm

Characterizing the first event of biological production of calcium carbonate requires a combination of microscopy approaches. First, intracellular pH distribution and calcium ions can be observed using live microscopy over time. This allows identification of the life stage and the tissue with the feature of interest for further electron microscopy studies. Life stage and tissues of interest are typically higher in pH and Ca signals. 
Here, using H. elegans, we present a protocol to characterize the presence of calcium carbonate structures in a biological specimen on the scanning electron microscope (SEM), using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to visualize elemental composition, using electron backscatter diffraction (EBSD) to determine the presence of crystalline structures, and using transmission electron microscopy (TEM) to analyze the composition and structure of the material. In this protocol, a focused ion beam (FIB) is used to isolate samples with dimension suitable for TEM analysis. As FIB is a site specific technique, we demonstrate how information from the previous techniques can be used to identify the region of interest, where Ca signals are highest.

We demonstrate the use of various microscopy methods that are useful in observing the calcification of a tubeworm, Hydroides elegans, as well as locating and characterizing the first calcified material. Live microscopy and electron microscopy are used together to provide functional and material information that are important in studying biomineralization.

Caracterización de la calcificación Eventos en vivo mediante técnicas ópticas y microscopía electrónica en un Gusano Tubícola Marina

Characterizing the first event of biological production of calcium carbonate requires a combination of microscopy approaches. First, intracellular pH ...

Simultaneous Mapping and Quantitation of Ribonucleotides in Human Mitochondrial DNA

Established approaches to estimate the number of ribonucleotides present in a genome are limited to the quantitation of incorporated ribonucleotides using short synthetic DNA fragments or plasmids as templates and then extrapolating the results to the whole genome. Alternatively, the number of ribonucleotides present in a genome may be estimated using alkaline gels or Southern blots. More recent in vivo approaches employ Next-generation sequencing allowing genome-wide mapping of ribonucleotides, providing the position and identity of embedded ribonucleotides. However, they do not allow quantitation of the number of ribonucleotides which are incorporated into a genome. Here we describe how to simultaneously map and quantitate the number of ribonucleotides which are incorporated into human mitochondrial DNA in vivo by Next-generation sequencing. We use highly intact DNA and introduce sequence specific double strand breaks by digesting it with an endonuclease, subsequently hydrolyzing incorporated ribonucleotides with alkali. The generated ends are ligated with adapters and these ends are sequenced on a Next-generation sequencing machine. The absolute number of ribonucleotides can be calculated as the number of reads outside the recognition site per average number of reads at the recognition site for the sequence specific endonuclease. This protocol may also be utilized to map and quantitate free nicks in DNA and allows adaption to map other DNA lesions that can be processed to 5&#180;-OH ends or 5&#180;-phosphate ends. Furthermore, this method can be applied to any organism, given that a suitable reference genome is available. This protocol therefore provides an important tool to study DNA replication, 5&#180;-end processing, DNA damage, and DNA repair.

Here we describe a method amenable to simultaneously quantitate and genome-wide map ribonucleotides in highly intact DNA at single-nucleotide resolution, combining enzymatic cleavage of genomic DNA with its alkaline hydrolysis and subsequent 5&#180;-end sequencing.

Asignación simultánea y la cuantificación de ribonucleótidos en el ADN mitocondrial humano

Established approaches to estimate the number of ribonucleotides present in a genome are limited to the quantitation of incorporated ribonucleotides using ...

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

Plasma sterilization is a promising alternative to conventional sterilization methods for industrial, clinical, and spaceflight purposes. Low pressure plasma (LPP) discharges contain a broad spectrum of active species, which lead to rapid microbial inactivation. To study the efficiency and mechanisms of sterilization by LPP, we use spores of the test organism Bacillus subtilis because of their extraordinary resistance against conventional sterilization procedures. We describe the production of B. subtilis spore monolayers, the sterilization process by low pressure plasma in a double inductively coupled plasma reactor, the characterization of spore morphology using scanning electron microscopy (SEM), and the analysis of germination and outgrowth of spores by live cell microscopy. A major target of plasma species is genomic material (DNA) and repair of plasma-induced DNA lesions upon spore revival is crucial for survival of the organism. Here, we study the germination capacity of spores and the role of DNA repair during spore germination and outgrowth after treatment with LPP by tracking fluorescently-labelled DNA repair proteins (RecA) with time-resolved confocal fluorescence microscopy. Treated and untreated spore monolayers are activated for germination and visualized with an inverted confocal live cell microscope over time to follow the reaction of individual spores. Our observations reveal that the fraction of germinating and outgrowing spores is dependent on the duration of LPP-treatment reaching a minimum after 120 s. RecA-YFP (yellow fluorescence protein) fluorescence was detected only in few spores and developed in all outgrowing cells with a slight elevation in LPP-treated spores. Moreover, some of the vegetative bacteria derived from LPP-treated spores showed an increase in cytoplasm and tended to lyse. The described methods for analysis of individual spores could be exemplary for the study of other aspects of spore germination and outgrowth.

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

This protocol illustrates the important consecutive steps required to assess the relevance of monitoring vitality parameter and DNA repair processes in reviving Bacillus subtilis spores after treatment with low pressure plasma by tracking fluorescence-labelled DNA repair proteins via time-resolved confocal microscopy and scanning electron microscopy.

Investigar los efectos perjudiciales de baja presión Plasma esterilización sobre la supervivencia de vivir el Bacillus subtilis esporas usando el celular microscopia

Plasma sterilization is a promising alternative to conventional sterilization methods for industrial, clinical, and spaceflight purposes. Low pressure ...

Stimulation of Stem Cell Niches and Tissue Regeneration in Mouse Skin by Switchable Protoporphyrin IX-Dependent Photogeneration of Reactive Oxygen Species In Situ

Here, we describe a protocol to induce switchable in vivo photogeneration of endogenous reactive oxygen species (ROS) in mouse skin. This transient production of ROS in situ efficiently activates cell proliferation in stem cell niches and stimulates tissue regeneration as strongly manifested through the acceleration of burn healing and hair follicle growth processes. The protocol is based on a regulatable photodynamic treatment that treats the tissue with precursors of the endogenous photosensitizer protoporphyrin IX and further irradiates the tissue with red light under tightly controlled physicochemical parameters. Overall, this protocol constitutes an interesting experimental tool to analyze ROS biology.

The aim of this protocol is to induce transient in vivo production of nonlethal levels of reactive oxygen species (ROS) in mouse skin, further promoting physiological responses in the tissue.

Estimulación de nichos de células madre y regeneración de tejidos en piel de ratón mediante fotogeneración in situ dependiente de protoporfirina IX conmutable de especies reactivas de oxígeno

Here, we describe a protocol to induce switchable in vivo photogeneration of endogenous reactive oxygen species (ROS) in mouse skin. This transient ...

Assessing Agrochemical Risk to Mated Honey Bee Queens

Current risk assessment strategies for honey bees rely heavily upon laboratory tests performed on adult or immature worker bees, but these methods may not accurately capture the effects of agrochemical exposure on honey bee queens. As the sole producer of fertilized eggs inside a honeybee colony, the queen is arguably the most important single member of a functioning colony unit. Therefore, understanding how agrochemicals affect queen health and productivity should be considered a critical aspect of pesticide risk assessment. Here, an adapted method is presented to expose honey bee queens and worker queen attendants to agrochemical stressors administered through a worker diet, followed by tracking egg production in the laboratory and assessing first instar eclosion using a specialized cage, referred to as a Queen Monitoring Cage. To illustrate the method&#39;s intended use, results of an experiment in which worker queen attendants were fed diet containing sublethal doses of imidacloprid and effects on queens were monitored are described.

This protocol was developed to enhance the understanding of how agrochemicals affect honey bee (Apis mellifera) reproduction by establishing methods to expose honey bee queens and their worker caretakers to agrochemicals in a controlled, laboratory setting and carefully monitoring their relevant responses.

Evaluación del riesgo agroquímico para las reinas de abejas melíferas apareadas

Current risk assessment strategies for honey bees rely heavily upon laboratory tests performed on adult or immature worker bees, but these methods may not ...