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Method Article
Le profil métabolomique des Mycobacterium tuberculosis Est déterminé après la croissance dans les bouillons de culture. Les conditions peuvent être modifiées pour tester les effets des suppléments nutritionnels, des oxydants et des agents anti-tuberculeux sur le profil métabolique de ce micro-organisme. Procédure de préparation d'extrait est applicable à la fois pour 1D 1 H et 2D 1 H- 13 C analyses RMN.
Mycobacterium tuberculosis est une cause majeure de mortalité chez les êtres humains à l'échelle mondiale. L'émergence de deux multi-(MDR) et ultra-(XDR) souches résistantes aux médicaments menace de faire dérailler les efforts actuels de lutte contre les maladies. Ainsi, il ya un besoin urgent de développer des médicaments et des vaccins qui sont plus efficaces que ceux actuellement disponibles. Le génome de M. la tuberculose est connue depuis plus de 10 ans, mais il ya d'importantes lacunes dans notre connaissance de la fonction des gènes et l'essentialité. De nombreuses études ont depuis utilisé l'analyse de l'expression des gènes, tant au niveau transcriptomique et protéomique afin de déterminer les effets des médicaments, des oxydants et des conditions de croissance sur les tendances mondiales de l'expression des gènes. En fin de compte, la réponse définitive de ces modifications est reflétée dans la composition métabolique de la bactérie, y compris quelques milliers de petits produits chimiques de poids moléculaire. En comparant les profils métaboliques de type sauvage et des souches mutantes, non traitées ou treated à un médicament particulier, peut effectivement permettre l'identification des cibles et peut conduire au développement de nouveaux inhibiteurs des anti-tuberculeux activité. De même, les effets de deux ou plusieurs conditions sur le métabolome peut également être évaluée. La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technologie puissante qui est utilisée pour identifier et quantifier les intermédiaires métaboliques. Dans ce protocole, les procédures pour la préparation de M. extraits cellulaires tuberculose pour la RMN métabolomique analyse sont décrites. Des cultures de cellules sont cultivées dans des conditions appropriées et de biosécurité de niveau requis de confinement 3, 1 récoltées et soumises à une lyse mécanique, tout en maintenant le froid pour optimiser la préservation de métabolites. Les lysats cellulaires sont récupérés, filtrés stérilisés et stockés à des températures ultra basses. Des aliquotes de ces extraits de cellules sont étalées sur gélose Middlebrook 7H9 pour unités formant colonies pour vérifier l'absence de cellules viables. Après deux mois d'incubation à 37 ° C, en l'absence de vicolonies capables sont observées, les échantillons sont retirés de la zone de confinement pour le traitement en aval. Extraits sont lyophilisées, resuspendues dans un tampon deutéré et injecté dans l'appareil RMN, la saisie des données spectroscopiques qui est ensuite soumis à une analyse statistique. Les procédures décrites peuvent être appliquées à la fois à une dimension (1D) RMN 1 H et en deux dimensions (2D) 1 H-13 C analyses RMN. Cette méthodologie fournit plus fiable d'identification petit poids moléculaire et plus métabolite fiables et sensibles des analyses quantitatives des compositions extrait métaboliques cellulaires que les méthodes chromatographiques. Variations de la procédure décrite à la suite de l'étape de lyse cellulaire peut également être adapté pour l'analyse protéomique parallèle.
1. Texte du Protocole
Ce protocole met en évidence l'adaptation de la méthodologie RMN à M. tuberculose (agent de classe III). Par conséquent, en matière de biosécurité pratiques Niveau 3 (BSL3) doivent être suivies lors de la conduite de M. recherche sur la tuberculose dans un laboratoire certifié chaque année. L'exposition aux aérosols produits par les laboratoires est le danger le plus important rencontré par le personnel travaillant avec ces micro-organismes. Les procédures suivantes sont réalisées dans notre institution et des variations peuvent exister en fonction des recommandations de la biosécurité de l'établissement du Comité. Personnel communs équipement de protection se compose d'une combinaison Tyvek, bonnet bouffant, chaussons, respirateur N95, lunettes de protection, manches, et d'une double paire de gants en nitrile. Le travail impliquant M. cultures de tuberculose et / ou des manipulations avec M. ouverte tuberculose conteneurs est effectué dans le type A2 ou B2 enceinte de sécurité biologique. Plastique recouverte de papier absorbant est placé sur le poidsravailler surface. Tous les matériaux / fournitures devant être éliminés ou retiré de l'installation doivent être placés dans deux sacs biohazard et décontaminés par autoclavage. Les surfaces de travail et des équipements utilisés dans l'armoire (FastPrep-24 de lyse, homogénéisateur spectrophotomètre, un seau avec de la glace, etc) doivent être désinfectés après chaque séance de travail avec Amphyl 1% (tuberculocide, agent bactéricide, fongicide, virucide et). M. cultures de tuberculose doit être placée sous double confinement pour le transport de gros équipements situés à l'extérieur de l'enceinte de sécurité biologique tels que les congélateurs, incubateurs, centrifugeuses et un réfrigérateur. La centrifugation est réalisée avec des tasses de sécurité qui accompagnent et tubes à vis des joints toriques haut. Pour une analyse plus poussée en dehors du laboratoire BSL3, des extraits acellulaires sont filtrés à travers un filtre de 0,2 um ou de chaleur micro-organismes tués à 95 ° C pendant 15 min. 2 Les échantillons sont plaqués pour vérifier l'absence d'unités formant des colonies avant leur évacuation de confinement.
Figure 1. Schéma de principe des procédures expérimentales est représenté.
RMN tampon
Solution mère de 50 mM de phosphate de potassium buffer avec 50 uM TMSP:
CCAM-TW ou MOADC-TW (1 L)
ADC (1 L)
Sinon, pour préparer OADC (1L), ajouter tous les éléments énumérés ci-dessus, plus 50 ml d'acide oléique 1% (recette ci-dessous fait un lot de 250 ml). Dissoudre ensemble, ajuster le volume à 1 L et stériliser à 0,2 um filtre. Bouteille doit être enveloppé dans du papier aluminium et conserver à 4 ° C.
Si vous préférez, vous pouvez acheter des BD BBL Middlebrook commerciale ADC ou OADC avec enrichissement catalase.
Le cycloheximide 1% (100 ml)
Dissoudre et stériliser avec filtre de 0,2 um. Stocker à 4 ° C. Attention: cycloheximide est toxique si manipuler avec un soin extrême.
20% (v / v) de Tween 80 (100 ml)
Alternativement, peser 20 g de Tween 80 (environ 18,9 ml; densité 1,06 g / ml), pour préparer 20% p / v de solution. Solution de chaleur à 55 ° C pendant 30 min pour dissoudre et mélanger complètement. Stériliser liquide avec un filtre de 0,2 um. Conserver la solution finale à la température ambiante.
20% (v / v) Tyloxapol (100ml)
Alternativement, peser 20 g de Tyloxapol (environ 18,2 ml; densité de 1,1 g / ml), pour préparer 20% p / v de solution. Solution de chaleur à 55 ° C pendant 30 min à dissolve, et bien mélanger. Stériliser liquide avec un filtre de 0,2 um. Conserver la solution finale à la température ambiante.
Note 1: Les stocks de glycérol de M. la tuberculose sont préparés selon le protocole suivant.
Stockage de M. tuberculose
Note 2: souche H37Rv inoculation (-80 ° C de stock jusqu'à 1,5 ans) dans 70 ml d'CCAM médias donne une DO 600 </ Sub> d'environ 0,6 après 5 jours de croissance à 37 ° C dans des conditions agitation (100 rpm) dans un shaker Innova 40.
Note 3: Pour tester la contamination de la culture, les enquêteurs pourraient ensemencer une partie aliquote de la culture sur milieu riche standard et vérifier l'absence de croissance, après une nuit d'incubation. Régulièrement, les cultures sont étalées sur gélose CCAM pour observer la morphologie des colonies et examiner par microscopie à contraste de phase. Si vous le souhaitez, les cultures peuvent être vérifiées par PCR en utilisant les amorces IS 6110 tel que décrit 3.
2. Les résultats représentatifs
Un échantillon qui est bien préparée permettra d'obtenir un spectre RMN similaire à celle représentée à la figure 2. Ce spectre est une représentation de la M. la tuberculose piscine sauvage de type métabolique. Les métabolites identifiés sont directement ou indirectement associés à la filière D-alanine. Également, l'amplitude de l'intensité des pics est proportionnelle à la concentration des métabolites présentsdans l'extrait cellulaire. Donc des changements dans les intensités des pics entre les cultures non traitées, traitement de la toxicomanie et des souches mutantes peuvent indiquer des perturbations de métabolites et des voies métaboliques. L'M. la tuberculose 1D 1 H RMN ont été recueillies sur un spectromètre Bruker Avance 500 MHz équipé d'un triple résonance, cryosonde gradient Z-axe. Le spectre contient env. 400 sommets, à partir de laquelle il a été possible d'identifier et de quantifier les métabolites 40-50, y compris les acides aminés, précurseurs nucléotidiques et d'acides intermédiaires glycolytiques et citrique. Un changeur BACS-120 échantillons avec Bruker Icône logiciel a été utilisé pour automatiser la collecte des données RMN. 1D 1 H RMN ont été recueillies en utilisant 4 sculpter excitation d'éliminer efficacement le solvant et maintenir une ligne de base plate, éliminant ainsi la nécessité pour la collecte de base qui peut induire des artefacts dans l'analyse subséquente composante principale (ACP) ou orthogonale au moins partielle analyse discriminante carrés (OPLS- DA). A 1D Spectre RMN 1 H est recueilli à 25 ° C avec une largeur spectrale de 5482,5 Hz et 32K points de données. Un total de 16 analyses fictives et 128 analyses ont été utilisés pour obtenir le spectre. L'ACD 1D Labs processeur logiciel RMN a été utilisée pour semi-traiter automatiquement tous les 1D 1 H RMN. Les spectres ont transformée de Fourier, par étapes, et référencé à la pointe TMSP (0,0 ppm). Le logiciel a été utilisé NMRpipe pour traiter individuellement le 2D 1 H-13 C RMN et analysées avec NMRDraw. La FID Bruker fichier de données a été converti en un format de fichier reconnaissable par NMRpipe puis le spectre a été transformée de Fourier, phase corrigée, et remplis de zéros. Les pics de RMN observés dans le spectre 1D 1 H RMN 2D 1 et H-13 C Spectre de RMN sont affectés à l'aide de métabolites spécifiques 1 H et 13 C tolérances de déplacement chimique de 0,05 et 0,50 ppm, respectivement, et la base de données de Madison Métabolomique Consortium (MMCD ), 5, la BioMagResBank, 6 et la base de données du métabolome humain. 7 En particulier, les spectres RMN 1D et 2D sont cueillies manuellement pic, où la liste pic des déplacements chimiques de RMN sont ensuite téléchargées vers la base de données du métabolome humain. Les métabolites identifiés par la base de données du métabolome humain sont affectés au spectre RMN basée à la fois sur la maximisation du nombre de résonances RMN correspondant et appartenant à un réseau métabolique. Chaque composé ou un métabolite a généralement plusieurs paires CH et des résonances RMN en conséquence multiples. Ainsi, plus de ces résonances RMN qui sont observées dans le spectre RMN expérimentale, plus le métabolite est présent. De même, l'identification des métabolites multiples associés à la même voie augmente la probabilité de corriger des devoirs. La présence de métabolites et des voies métaboliques sont vérifiées avec l'Encyclopédie de Kyoto des gènes et génomes (KEGG) 8 et les bases de données MetaCyc 9. Mycobacterium smegmATIS est un système modèle utile pour M. la tuberculose et d'autres pathogènes de mycobactéries. Comme il est décrit ailleurs, des échantillons de M. smegmatis pourrait également être perturbé par sonication 10.
Figure 2. 1D spectre RMN 1 H de l'extrait de Mycobacterium tuberculosis cellule. RMN pics associés à des métabolites représentatifs sont marqués. Les abréviations sont les suivantes: AMP, adénosine monophosphate, α-kg, α-cétoglutarate, Glu, glutamate, et Ala, alanine.
Un nombre important d'études ont analysé les profils transcriptomiques et protéomiques de M. la tuberculose sous une variété de tests in vitro et in vivo. 11-16 En fin de compte, les changements dans l'expression des gènes et l'activité enzymatique conduire à des variations dans les concentrations de petites molécules de poids moléculaire. La description complète de ces composés constitue le métabolome. Ainsi, les effets des drogues et des condition...
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Les auteurs tiennent à remercier tous les membres des laboratoires du Dr Barletta et le Dr Powers pour leurs commentaires utiles tout en développant le protocole. Nous tenons à remercier Wendy Austin pour des discussions utiles et relecture du manuscrit. Les travaux décrits dans ce manuscrit a été financée par des subventions pilotes de semences à chaque enquêteur énumérés ci-dessus, de l'Université de Nebraska-Lincoln Center Biologie Redox (parent subvention no 017675 NCRR 2P20RR, D. Becker, PI). En outre, nous tenons à remercier le Dr Ofelia Chacon pour fournir des fonds de son subvention R21 (1R21AI087561-01A1) pour les fournitures de recherche et de soutien M. Halouska de salaire partiel de standardiser les techniques de RMN inclus dans cette publication.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom du réactif / Equipement | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
L'enrichissement ADC | BD BBL Middlebrook | 212352 | |
BACS-120 Passeur d'échantillons | Bruker | ||
RMN Bruker Avance | Bruker | 500 MHz | |
Sérum Albumine Bovine | Fisher Scientific | BP1600-100 | Fraction V |
Centrifuger | Beckman Coulter | Allegra X-15R | Benchtop |
Tubes à centrifuger | Corning | 430291 | 50 ml stérile en polypropylène |
Les flacons cryogéniques | Corning | 430488 | 2,0 ml en polypropylène stérile |
Cycloheximide | AG scientifique | C-1189 | Toxique |
D (+) - Glucose | ACROS | 41095-0010 | |
Oxyde de deutérium | Sigma Aldrich | 617385 | |
Erlenmeyer | VWR | 89095-266 | Stérile, fond plat, polycarbonate, 0,22 capuchon membrane en PTFE um ventilé |
Flacon Gel flash | VWR | 82018-226 | 750 ml |
Lyophilisateur | VWR | 82019-038 | 4,5 L de table |
Glycérol | GibcoBRL | 15514-029 | |
Incubateur | Nouveau-Brunswick | Innova 40 | De table shaker |
Lyse matrice B | MP Biomédical | 6911-100 | |
Machine de lyse | MP Biomédical | FaastPrep-24 | |
Microcentrifugeuse | Eppendorf | 5415D | Benchtop |
Microcentrifugeuse | Beckman Coulter | Microfuge 22R | Benchtop |
Middlebrook 7H9 Broth | Difco | 271310 | |
RMN tubes | Norell | ST500-7 | 5 mM |
Enrichissement OADC | BD BBL Middlebrook | 212351 | |
Acide oléique | Sigma | O1008 | |
Phosphate de potassium dibasique | VWR | BDH0266 | |
Phosphate de potassium monobasique | VWR | BDH0268 | |
Rotor - Microfuge 22R | Beckman Coulter | F241.5P | Scellé et polypropylène |
Rotor - Allegra X-15R | Beckman Coulter | SX4750 | Avec la bio-certifiés couvertures |
Chlorure de sodium | Fisher Scientific | S271-3 | |
Sodium-3-triméthylsilylpropionate-2 ,2,3,3-D4 | Cambridge Isotope | DLM-48 | |
Spectrophotomètre | Beckman Coulter | DU-530 | |
Cuves de spectrophotomètre | Corde de sécurité | LS-2410 | 1,5 ml en polystyrène, 2 faces claires |
Seringue | Becton Dickinson | 309585 | Stérile, 3 ml Luer-Lok |
Filtre seringue | Nalgene | 190-2520 | Acétate 0,2 um de cellulose stérile |
Tween 80 | Fisher Scientific | BP338-500 |
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