A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
שלל חיידקים ממלאים תפקידים חשובים בפתוגנזה ויש להם יישומים ביוטכנולוגיה מבטיחים. ההטרוגניות של שלטי של שלל מסבכת ניתוח ושימוש; לכן, יש צורך בשיטה פשוטה לשחזור כדי להפריד בין גדלים שונים של שלשלות. כאן, אנו מדגימים את השימוש בכרומטוגרפיה של אי הכללת גודל כדי להפריד שלפוחיות הטרוגניות המיוצרות על ידי Aggregatibacter actinomycetemcomitans.
דופן התא של חיידקים גרם שלילי מורכב פנימי (ציטופלסמי) וממברנה חיצונית (OM), מופרד על ידי שכבה פפטידוגליקנית דקה. לאורך הצמיחה, הממברנה החיצונית יכולה bleb כדי ליצור שלל ממברנה החיצונית כדורית (OMVs). OMVs אלה מעורבים פונקציות תאיות רבות כולל משלוח מטען לתאים מארחים ותקשורת עם תאים חיידקיים. לאחרונה, הפוטנציאל הטיפולי של OMVs החל להיחקר, כולל השימוש בהם כחיסונים וכלי רכב להעברת תרופות. למרות OMVs נגזרים OM, זה זמן רב מוערך כי מטען השומנים והחלבון של OMV שונה, לעתים קרובות באופן משמעותי, מזה של OM. לאחרונה, ראיות לכך שחיידקים יכולים לשחרר סוגים רבים של OMVs התגלו, וקיימות ראיות לכך שגודל יכול להשפיע על מנגנון ספיגתם על ידי תאים מארחים. עם זאת, מחקרים בתחום זה מוגבלים על ידי קשיים בהפרדה יעילה של OMVs בגודל הטרוגניים. צנטריפוגה הדרגתית של צפיפות (DGC) שימשה באופן מסורתי למטרה זו; עם זאת, טכניקה זו גוזלת זמן וקשה להרחבה. כרומטוגרפיה של אי-הכללת גודל (SEC), לעומת זאת, פחות מסורבלת ומעניקה את עצמה להרחבה העתידית הדרושה לשימוש טיפולי ב- OMVs. כאן, אנו מתארים גישה SEC המאפשרת הפרדה לשחזור של שלפוחיות בגודל הטרוגניים, באמצעות מקרה בדיקה, OMVs המיוצר על ידי Aggregatibacter actinomycetemcomitans, אשר נע בקוטר של פחות מ 150 ננומטר עד יותר מ 350 ננומטר. אנו מדגימים הפרדה של OMVs "גדולים" (350 ננומטר) ו- OMVs "קטנים" (<150 ננומטר), שאומתו על ידי פיזור אור דינמי (DLS). אנו ממליצים על טכניקות מבוססות SEC על טכניקות מבוססות DGC להפרדה של שלפוחיות בגודל הטרוגני בשל קלות השימוש שלה, רבייה (כולל משתמש למשתמש), ואפשרות להרחבה.
חיידקים גרם שלילי לשחרר שלל נגזר הממברנה החיצונית שלהם, מה שנקרא שלל הממברנה החיצונית (OMVs), לאורך הצמיחה. OMVs אלה ממלאים תפקידים חשובים בתקשורת בין תאים לתא, הן בין חיידקים לפונדקאי והן בין תאים חיידקיים, על ידי נשיאת מספר ביומולקולים חשובים, כולל DNA / RNA, חלבונים, שומנים ופפטידוגליקנים1,2. בפרט, התפקיד של OMVs בפתוגנזה חיידקית נחקר בהרחבה בשל העשרתם בגורמי ויראולנס מסוימים ורעלים3,4,5,6,7,8,9,10,11.
OMVs דווחו לנוע בין 20 ל 450 ננומטר, בהתאם לחיידקי האב ואת שלב הצמיחה, עם מספר סוגים של חיידקים משחררים OMVs בגודל הטרוגניים8,12,13,14, אשר גם שונים בהרכב החלבון שלהם ומנגנון של כניסת תא מארח12. H. pylori שוחרר OMVs בקוטר הנע בין 20 ל 450 ננומטר, עם OMVs קטן יותר המכיל הרכב חלבון הומוגני יותר מאשר OMVs גדול יותר. חשוב לציין, שתי האוכלוסיות של OMVs נצפו להיות מופנמים על ידי תאים מארחים באמצעות מנגנונים שונים12. בנוסף, הוכחנו כי Aggregatibacter actinomycetemcomitans משחרר אוכלוסייה של OMVs קטנים (<150 ננומטר) יחד עם אוכלוסייה של OMVs גדול (>350 ננומטר), עם OMVs המכיל כמות משמעותית של רעלן חלבון מופרש, לויקוטוקסין (LtxA)15. בעוד התפקיד של הטרוגניות OMV בתהליכים הסלולר הוא חשוב בבירור, קשיים טכניים בהפרדה וניתוח אוכלוסיות נפרדות של שלל הגבילו את המחקרים האלה.
בנוסף לחשיבותם בפתוגנזה חיידקית, הוצעו OMVs לשימוש במספר יישומים ביוטכנולוגיה, כולל כחיסונים וכלי רכב להעברת תרופות16,17,18,19,20. לשימושם התרגומי בגישות כאלה, נדרשת הכנה נקייה ומונודיספרסית של שלשלות. לכן, שיטות יעילות ויעילות של הפרדה נחוצות.
בדרך כלל, צנטריפוגה הדרגתית צפיפות (DGC) משמשת להפרדת אוכלוסיות ארסיות בגודל הטרוגניים מפסולת הסלולר, כולל flagellae וחלבונים מופרשים21; השיטה דווחה גם כגישה להפריד בין אוכלוסין OMV בגודל הטרוגניים12,13,14. עם זאת, DGC גוזל זמן רב, לא יעיל ומשתנה מאוד משתמש למשתמש22 ולכן הוא, לא אידיאלי עבור קנה מידה למעלה. לעומת זאת, כרומטוגרפיה של אי-הכללת גודל (SEC) מייצגת גישה מדרגית, יעילה ועקבית לטיהור OMVs21,23,24. גילינו כי ארוך (50 ס"מ), זרימת כבידה, טור SEC, מלא מדיום סינון ג'ל מספיק לטיהור יעיל והפרדה של אוכלוסין של OMVs. באופן ספציפי, השתמשנו בגישה זו כדי להפריד A. actinomycetemcomitans OMVs לתת אוכלוסין "גדול" ו "קטן", כמו גם כדי להסיר זיהום חלבון ו- DNA. הטיהור הושלם בפחות מ 4 שעות, והפרדה מלאה של תת אוכלוסין OMV והסרת פסולת הושלמה.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. הכנת מאגרים
2. הכנת דגימת OMV
3. אריזת עמודת S-1000
4. טעינת המדגם ואיסוף שברים
5. ניתוח מדגם
תרשים של הפרוטוקול מוצג באיור 1.
איור 1: שרטוט של הליך SEC. העמודה עמוסה עם סינון ג'ל מנוטרל בינוני בזהירות כדי למנוע בועות ואי רציפות, ולאחר מכן שטף עם שני כרכים עמודה של מאגר elution. לאחר מכן, המדגם מועבר בזהירות על החלק העליון של הג'ל, מבלי לשבש את אריזת הג'ל. העמודה נפתחת ומופעלת עד שהדגימה נכנסת לחלוטין לג'ל. בשלב זה, חוצץ ממוקם על החלק העליון של העמודה, ואת 20 מ"ל הראשון של eluate נאסף. לאחר מכן, נאספת סדרה של שברי 1 מ"ל. שברים אלה ממוקמים לאחר מכן בצלחת 96-well או 96-צלחת אימונו היטב לניתוח של תוכן שומנים וחלבון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
איור 2 מציג תוצאות מייצגות משיטת שירות זו. OMVs המיוצר על ידי A. actinomycetemcomitans זן JP2 טוהרו לראשונה מן התרבות supernatant באמצעות אולטרה צנטריפוגה15. מצאנו בעבר כי זן זה מייצר שתי אוכלוסיות של OMVs, אחד עם קטרים של כ 300 ננומטר ואחד עם קוטר של כ 100 ננומטר15. כדי לה...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
כאן, סיפקנו פרוטוקול להפרדה פשוטה, מהירה וניתן לשחזור של תת-אוכלוסין חיידקי OMV. למרות שהטכניקה היא ישירה יחסית קדימה, ישנם כמה שלבים שיש לבצע בזהירות רבה כדי להבטיח שהפרדה יעילה תתרחש בעמודה. ראשית, חיוני כי הג'ל להיות טעון לתוך הטור בזהירות ובאיטיות כדי למנוע בועות אוויר. ראינו כי השארת הג'?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
למחברים אין ניגודי עניינים לדווח.
עבודה זו מומנה על ידי הקרן הלאומית למדע (1554417) ומכוני הבריאות הלאומיים (DE027769).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-Step Ultra TMB-ELISA | Thermo Scientific | 34028 | |
Amicon 50 kDa filters | Millipore Sigma | UFC905024 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Fisher Scientific | BP9704-100 | |
ELISA Immuno Plates | Thermo Scientific | 442404 | |
FM 4-64 | Thermo Scientific | T13320 | 1.5 x 50 cm |
Glass Econo-Column | BioRad | 7371552 | |
Infinite 200 Pro Plate Reader | Tecan | ||
Potassium Chloride (KCl) | Amresco (VWR) | 0395-500G | |
Potassium Phosphate Monobasic Anhydrous (KH2PO4) | Amresco (VWR) | 0781-500G | |
Sephacryl S-1000 Superfine | GE Healthcare | 17-0476-01 | |
Sodium Chloride (NaCl) | Fisher Chemical | S271-3 | |
Sodium Phosphate Dibasic Anhydrous (Na2HPO4) | Amresco (VWR) | 0404-500G | |
Tris Base | VWR | 0497-1KG | |
Tween(R) 20 | Acros Organics | 23336-2500 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved