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Resumo

Este artigo apresenta uma série de protocolos para o desenvolvimento de células manipuladas e superfícies funcionalizadas que permitem sinteticamente engenharia E. coli para controlar e manipular superfícies de materiais programáveis.

Resumo

Nós desenvolvemos uma interface abiótico-bióticos que permite que as células manipuladas para controlar as propriedades do material de uma superfície funcionalizada. Este sistema é feito através da criação de dois módulos: um sinteticamente estirpe de células de E. coli e uma interface de material funcionalizado. Dentro deste artigo, detalhamos um protocolo para a engenharia genética de comportamentos selecionados dentro de uma estirpe de E. coli utilizando estratégias de clonagem molecular. Uma vez desenvolvidas, esta estirpe produz níveis elevados de biotina quando exposta a um indutor químico. Adicionalmente, protocolos para a criação de detalhe duas superfícies funcionalizadas diferentes, cada um dos quais é capaz de responder a biotina sintetizado por células. Tomados em conjunto, apresentamos uma metodologia para a criação de um sistema ligado, abiótico-biótico que permite que as células para controlar a composição do material e montagem em substratos inanimados engenharia.

Introdução

Aqui, relatamos os procedimentos para o desenvolvimento de um substrato programável capaz de responder a um sinal químico a partir de uma linha celular de engenharia. 1 Fazemos isso através da criação de uma interface de biotina-estreptavidina que responde a biotina produzida pelas células Escherichia coli sinteticamente engenharia (E. coli). Anteriormente, superfícies programáveis foram projetados para uma ampla gama de aplicações de detecção de toxina 2 e point-of-care diagnóstico 3 a defesa e segurança. 4 Enquanto superfícies programáveis podem ser úteis como sensores e atuadores, eles podem ser feitos "mais inteligentes", dotando-os com a capacidade de se adaptar a diferentes desafios ambientais. Em contraste, mesmo microorganismos simples, tais como E. coli, têm adaptabilidade inerente e são capazes de responder aos desafios com soluções sofisticadas e muitas vezes inesperados. Esta adaptação tem permitido E.populações coli, controladas por suas redes de genes complexos, de forma rentável para buscar recursos, 5 criar produtos de valor acrescentado, 6 e até robótica micro-escala de energia. 7, por acoplamento das vantagens adaptativas de células vivas com o uso de superfícies programáveis, podemos criar um substrato inteligente capaz de responder às diferentes condições ambientais.

A biologia sintética tem dado aos pesquisadores novas habilidades para programar o comportamento de organismos vivos. Pela engenharia células para conter redes reguladoras novo gene, os pesquisadores podem criar células que exibem uma gama de comportamentos programados. 8, 9 Além pesquisa básica, esses comportamentos podem ser usados para aplicações como controle de montagem de material e biologicamente a produção de produtos de valor agregado. 10 Nisto, nós detalhe como usamos as ferramentas da biologia sintética para engenheiro uma estirpe de E. coli que sintetiza biotina após indução. Esta estirpe foi desenvolvida utilizando métodos de clonagem da enzima de restrição para montar um plasmídeo, pKE1-LACI-BIOB. Este plasmídeo, quando usado para transformar a estirpe de E. coli K-12 MG1655, dota células com a capacidade para expressar níveis elevados de BIOB, uma enzima essencial para a síntese de biotina. Quando as células transformadas foram induzidas com isopropil β-D-1-tiogalactopiranósido (IPTG) e fornecido com um precursor de biotina, destiobiotina (DTB), níveis elevados de biotina foram produzidos.

interacção de ligação da biotina com estreptavidina é um dos mais fortes ligações não covalentes encontrados na natureza. Como tal, a interacção biotina-estreptavidina é tanto bem caracterizados e altamente utilizado em biotecnologia. 11 Dentro deste manuscrito, apresentamos duas estratégias que empregam a interacção biotina-estreptavidina para detectar e detectar a biotina produzidos em células com uma superfície funcionalizada. Nósreferem-se a estas superfícies contrastantes como esquemas de controle "diretos" "indiretas" e. No esquema de controlo indirecto, biotina produzidos em células compete com biotina que foi conjugado e imobilizados numa superfície de poliestireno para locais de ligação a estreptavidina. Além disso, a estreptavidina é conjugado com peroxidase de rábano (HRP). HRP modifica 3, 3 ', 5, 5'-tetrametilbenzidina (TMB), para produzir um sinal óptico, 12, a qual pode ser monitorizada por quantificação da absorvância espectral (ou seja, a densidade óptica) a 450 nm (OD 450). Assim, o esquema de controle indireto permite aos pesquisadores para medir biotina produzida por células monitorando a attentuation do sinal de OD 450.

O esquema de controlo directo explora o evento estreptavidina-biotina estreptavidina imobilizando directamente para uma superfície do material e permitindo biotina produzidos por células e de HRP biotinilada para competir por sítios de ligação a estreptavidina. Mais uma vez, oníveis relativos de biotina produzidos de células são monitorizados pela medição de uma sinal de OD 450.

Tomadas em conjunto, as células manipuladas e superfícies funcionalizadas permitem controlar as propriedades de uma superfície programável através da indução de redes em células vivas. Em outras palavras, nós criamos um sistema que aproveita a capacidade de adaptação dos organismos vivos e a confiabilidade ea especificação de uma interface de material de engenharia, ligando estes sistemas juntos.

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Protocolo

1. Mídia e Preparação Cultura

  1. Prepare meios caldo lisogenia (LB) por mistura de 25 g de pó de estoque LB com 1 L de água desionizada (Dl) e autoclavagem da solução a 121 ° C durante 20 minutos para esterilizar.
    1. Para preparar placas de LB, adicione 15 g de ágar (1,5%) para a mídia LB antes da esterilização
    2. Preparar soluções stock de carbenicilina 1.000x (Cb) em água Dl (50 mg / mL).
    3. Se preparando meios LB, que inclui um antibiótico para selecção de transformantes resistentes, espere até que a temperatura do meio LB esterilizado é inferior a 60 ° C e, em seguida, adicione 1 mL de estoque antibiótico para todos os meios de 1 mL de LB.
  2. Para M9 meio mínimo (Tabela 1), preparar soluções de reserva separadas dos seguintes: sais de 5X M9 (56,4 g / L), M MgSO4, 1 M de CaCl2, 20% de glicose e ácidos de casamino 1 2% isentas de biotina.
    1. Em uma garrafa segura autoclave, misture 20 mL de 5x M9 sais, 200 &# 181; L de MgSO4 1M, 10 ul de 1 M de CaCl2, 2 ml de glicose a 20%, 1 mL de casaminoácidos isentos de biotina 2%, e 76,8 mL de água DI.
    2. Autoclavar a soluo preparada no passo 1.2.1 se a 121 ° C durante 20 min.
  3. Incubar todas as culturas a 37 ° C com agitação a 400 rpm. Os tempos de incubação variam dependendo da experiência e estirpe, mas duram tipicamente de 8 a 12 h.

2. Geração de Biotina Producing E. coli (plasmídeo pKE1-LACI-BIOB)

NOTA: O circuito genética contém duas partes: um repressor lacl, impulsionadas por um P L, tetO-1 promotor resultando na expressão constitutiva, devido à ausência de uma proteína do repressor tet, bem como um sistema de expressão de biotina contendo o P trc-2 promotor seguido por um local de ligação ao ribossoma forte (RBS) expressão de BIOB condução. Todos clonagem foi executado em divisão rápida stra coli comercial, E.no. A construção final foi transformado em E. coli MG1655WT para teste. Os iniciadores (Tabela 2) foram adquiridos comercialmente.

  1. Isolar gene BIOB do genoma de E. coli através da realização de célula inteira de reacção em cadeia da polimerase (PCR):
    1. Crescer as células de E. coli MG 1655WT durante a noite a 37 ° C.
    2. Em um tubo de PCR de 0,2 ml, combinar um mL da cultura durante a noite, preparado no passo 2.1.1 com 9 ul de água desionizada estéril.
    3. Incubar o tubo a 95 ° C durante 5 min num termociclador e transfere imediatamente o tubo até -80 ° C congelador durante 10 min para lisar as células. Isso permite que o ADN genómico para servir como um molde de PCR.
    4. Descongelar a solução e adicionar (i) 2,5 mL de cada um dos iniciadores nBioB2-f1 e nBioB2-R, (ii) 5 ul de tampão de polimerase de ADN de 5x, (iii) 0,25 mL de polimerase de ADN, (iv) 0,5 mL de mistura de dNTP e (v) a 6,75 mL de água desionizada para um volume total de reacção de 25 uL(Tabela 4).
    5. Golpear o lado (ou seja, súbito) do tubo para misturar o conteúdo. Em seguida, imediatamente girar para baixo o tubo rapidamente (~ 2 s) para assegurar que a amostra está na parte inferior do tubo.
    6. Colocar o tubo em um termociclador de PCR e utiliza o programa descrito na Tabela 3, com um passo adicional de 3 min a 95 ° C no início do protocolo.
    7. Confirmar utilizando electroforese em gel de PCR bem sucedida (1,0-1,2% de agarose em água Dl + brometo de etídio) em Tris base, ácido acético, e tampão de EDTA (TAE). O produto da PCR deve ser 1.070 pares de bases (pb) de comprimento.
    8. Utilizar-se kits comerciais, de acordo com as instruções do fabricante para extrair fragmentos de ADN a partir do gel a partir do passo 2.1.7.
  2. Isolar o TRC-2 promotor P eo operon lacI do plasmídeo pKDL071 13 (cortesia do laboratório de James Collins no MIT):
    1. Crescer as células de E. coli que contêmo plasmídeo pKDL071 dia para o outro em LB + Cb a 37 ° C.
    2. Extrai-se a ADN de plasmídeo a partir das células utilizando um kit de miniprep comercial de acordo com as instruções do fabricante. O plasmídeo vai servir como um molde de PCR.
    3. Siga o protocolo de PCR a partir das etapas 2.1.4. a 2.1.8. com as seguintes modificações:
    4. Substituir as células lisadas com o extracto de plasmídeo no passo 2.2.2.
    5. Use 2,5 mL de cada um dos iniciadores 1-F e 1-r para extração cassete lacl. Como alternativa, use 2,5 mL de cada um dos iniciadores nBioB1-F e nBioB1-R para P extração TRC-2.
    6. Execute eletroforese em gel (passo 2.1.7) para confirmar os produtos de PCR são a cassete de lacl e TRC-2 sites promotor P. Eles devem ser 1.213 pb e 109 pb de comprimento, respectivamente.
  3. Use de splicing por extensão de sobreposição (SOE) PCR para construir a cassete de BIOB contendo P trc-2, um local de ligação de ribossoma sintético (RBS) no iniciador nBioB2-F2, e o BIOB gene. O programa de PCR thermocyler é encontrada na Tabela 3.
  4. Construções de inserção (P L, tetO-1 + lacl e P TRC-2 + BIOB) no pKE1-MCS plasmídeo vector 13 backbone (cortesia do laboratório de James Collins no MIT) por digestão do vector e inserir com enzimas de restrição:
    1. Extrair genes utilizando enzimas de restrição e electroforese em gel. Cada reacção contém (i) 5 ul de 10 x tampão de reacção, (ii) 1 ul de enzima de restrição 1, (iii) 1 ul de enzima de restrição 2, (iv) pelo menos 1 ug de ADN, e (v) de água desionizada para levar o volume final para 50 uL (Tabela 5). Digerir com enzimas Aatll e EcoRI para a cassete de lacl e com as enzimas HindIII e SacII para a cassete BIOB.
    2. Após as reacções são montados, de forma rápida e vortex los Centrifugar brevemente (~ 2 s) antes da incubação durante 1 h a 37 ° C.
    3. Durantedigestão, preparar geles de electroforese de acordo com protocolos padrão.
    4. Combinar ADN digerido com electroforese em gel tampão de carga 6x.
    5. Usar uma escada 2-log para verificar a localização de construção desejada, cortar fragmento de ADN a partir do gel, e utilizar kits comerciais de extracção de gel de acordo com as instruções do fabricante para extrair fragmentos de ADN a partir do gel.
  5. Quantificar DNA usando espectroscopia e calcular volumes para o 0: 1, 1: 1 e 3: 1 proporções molares de inserção para vector usando a equação 1:
    figure-protocol-6925 equação 1
    Na equação 1, F é a relação de inserção de vector (0, 1, ou 3), X i é a quantidade de ADN de inserção, BP i é o comprimento do inserto em pares de bases, pb v é o comprimento do vector em pares de bases, e X v é a quantidade de vector (50 ng).
  6. Mistura de reacção de ligação por combinação de (i) 1 uL ligase 10X Tampão, (ii)1 uL de ligase de T4, (iii) ADN de vector 50 ng, (iv) uma massa de inserção de ADN específico para cada reacção, e (v) de água desionizada a 10 mL de volume total de reacção (Tabela 6).
  7. Incubar à temperatura ambiente (TA) durante 1 h.
  8. Durante a incubação na etapa de ligação 2.7, preparar células quimicamente competentes.
    1. Aliquota de 1 ml de culturas durante a noite em 1,5 mL tubos de centrífuga.
    2. Centrifugar a 16.200 xg por 1 min.
    3. Decantar o sobrenadante e ressuspender o sedimento em 200 ul de solução arrefecida (em gelo) 100 mM de CaCl2. Ressuspender o sedimento com cuidado pipetando. Não vortex.
    4. Colocar o tubo de microcentrifugadora em gelo durante 10 min.
    5. Centrífuga, remover o sobrenadante, ressuspender o sedimento em 100 ul de 100 mM CaCl refrigerado 2, e colocar o tubo em gelo novamente.
    6. Centrifuga-se o tubo de uma última vez e ressuspender o sedimento em 50 mL de refrigerados 100 mM de CaCl2.
    7. Lugar, colocaro tubo em gelo e usar as células quimicamente competentes imediatamente.
  9. Adicionam-se 5 ul de DNA ligado, preparados nos passos 2.6 e 2.7, a cada tubo de células competentes, preparado no passo 2.8.
  10. Agitar o tubo brevemente, batendo o lado (isto é, passar rapidamente) os tubos e, em seguida, colocar os tubos em gelo durante 30 min.
  11. Choque térmico dos tubos durante 45 s a 42 ° C e devolver os tubos em gelo durante 2 min.
  12. células de pipeta em agar LB seletivo + placas com antibiótico e espalhar as células usando pérolas de revestimento de vidro.
  13. Incubar as placas durante a noite a 37 ° C.
  14. Na manhã seguinte, pegar colónias de placas de inserção positiva (ou seja, 1: 1 e 3: 1 placas). Escolha 3 colónias se a 0: Placa de controle negativo 1 mostra nenhum crescimento, ou pegar 5-8 colônias se o 0: placa 1 tem algum crescimento. Use as colónias escolhidas para inocular 5 ml de LB + antibiótico e crescer durante 8 h a 37 ° C com agitação.
  15. Extrai-se a ADN de plasmídeo a partir das células utilizando uma miniprEP kit, seguindo as instruções do fabricante. Realizar um teste de corte usando enzimas de restrição (seguindo o mesmo procedimento descrito no passo 2.4.1.).
  16. Identificar células com construções com sucesso, comparando o comprimento dos fragmentos de ADN digeridos com os resultados esperados a partir de uma construção correcta. As culturas que transportam as construções de plasmídeos bem sucedidos podem ser conservadas através da mistura de cultura partes iguais com uma solução de estéril-filtrada, glicerol a 40% (em água desionizada) e congelação da mistura a -80 ° C.
    NOTA: As transformações de plasmídeos em outras estirpes de E. coli (isto é, MG1655WT) pode ser realizada seguindo o processo acima para tornar as células quimicamente competentes.

3. celular Caracterização: curva de crescimento e Resposta a Dose

  1. Crescer as estirpes modificadas durante a noite em meio LB com um antibiótico apropriado.
  2. Para curvas de crescimento, preparar 50 mL de minimal media M9 com e sem IPTG (a partir de um 0,5 M stac) e / ou DTB (a partir de um estoque de 500 ug / mL) como se segue:
    1. Prepare 0 ng / mL DTB (0 ul de estoque) / 0 IPTG mM (0 ul de estoque).
    2. Prepare 200 ng / mL DTB (200 mL de estoque) / 0 IPTG mM (0 ul de estoque).
    3. Prepare 0 ng / mL DTB (0 ul de estoque) / IPTG 0,5 mM (50 ul de estoque).
    4. Prepare 200 ng / mL DTB (200 mL de estoque) / IPTG 0,5 mM (50 ul de estoque).
    5. Inocular com a cultura durante a noite a 1: 100 na mídia especificada acima.
    6. Numa placa de 96 poços, alíquota de 200 ul de cultura, em triplicado, para cada poço.
    7. Medida OD600 a cada 5 minutos ao longo de 24 h, com agitação contínua e incubação a 37 ° C no leitor de placas.
  3. Para os estudos de resposta à dose, substituir o gene BIOB em pKE1-LACI-BIOB com mCherry (uma proteína fluorescente vermelho) para a quantificação óptico em tempo real.
  4. Adicionar diferentes quantidades de IPTG variando desde 0,1 mM até 5 mM para induzir a expressãoem meio LB.
  5. Inocular com a cultura durante a noite a uma diluição de 1: 100.
  6. Medir a fluorescência a cada 30 min durante 15 h.

4. Induzir Biotina Produção de células manipuladas e sobrenadante Preparação

  1. Cresça pKE1-LACI-BIOB na estirpe de E. coli MG1655 durante a noite em meio LB.
  2. Suplementar meios M9 com DTB variando de 30 a 200 ng / mL.
  3. Adicionar IPTG 0,5 mM para induzir a síntese de biotina.
  4. Inocular suplementadas, mínimo media M9 livre de biotina com a cultura durante a noite a diluição 1: 100.
  5. Após 24 h de crescimento, as células de centrífuga e recolher o sobrenadante enriquecido em biotina.
  6. Meça sobrenadante enriquecido com biotina com o controle indireto e do controle direto superfícies funcionalizadas. Utilizar o sobrenadante em lugar da amostra de biotina nos passos 5.23 e 6.12, respectivamente.

5. indireta Preparação de Superfície Esquema de Controle funcionalizados

  1. Prepare the seguintes soluções.
    1. Prepara-se uma solução de SMCC que consiste em 20 mg / ml de succinato de ácido trans-4- (maleimidylmethyl) ciclo-hexano-1-carboxilato (SMCC) em sulfóxido de dimetilo (DMSO).
    2. Prepara-se uma solução de SPDP que consiste em 20 mg / mL de succinimidil-3- (2-piridiltio) propionato (SPDP) em DMSO.
    3. Prepare a 20 mg / mL LC-LC-biotina em DMSO.
    4. Prepare a 10 mg / ml de peroxidase de rábano (HRP) em solução salina tamponada com fosfato (PBS).
    5. Prepare a 10 mg / mL de estreptavidina (SA) em PBS.
    6. Prepare a 10 mg / mL de albumina de soro bovino (BSA) em PBS.
    7. Prepare ditiotreitol 100 mM (DTT) em água DI.
    8. Prepare ácido 5 mM ethylenediaminetetaacetic (EDTA) em PBS.
    9. Prepare a 0,5% de caseína em PBS.
    10. Prepare 20% estoque Tween 80 em água DI.
    11. Prepare 0,05% de Tween 80 (20% a partir de estoque) em PBS.
    12. Preparar 50 mM de acetato de sódio em água desionizada.
    13. Prepare 1% de TMB em DMSO.
    14. Prepare a 3% de H 2 O 2 in DI água.
    15. Prepare 2 MH 2 SO 4 em água DI.
  2. Adicionar 1,4 mL da solução de SPDP a 20 uL solução SA.
  3. Incubar a solução a partir de 5,2 para 1,5 h à TA, envolvido em folha de alumínio para evitar a exposição à luz. Este passo permite que o agente de reticulação para ligar SPDP ao SA através de um grupo amino formando um SA-piridilditio activado.
  4. Adicionar 2,4 mL da solução de DDT para a solução do passo 5.3 e incubar durante 1 h à TA. Isto permite uma clivagem piridina tiona-2, resultando em um SA activado por sulfidrilo.
  5. Adicionar 7,5 mL solução SMCC a 72 solução ul HRP e incubar durante 1,5 horas em temperatura ambiente, embrulhados em papel de alumínio para evitar a exposição à luz. Isto resulta numa HRP activada por maleimida ligado por um grupo amino.
  6. Misturar a solução de 17 mL LC-LC-biotina com 200 uL de BSA solução e incubar durante 1,5 h à TA, envolvido em folha de alumínio para evitar a exposição à luz. Este passo permite que a biotina conjugado tO BSA através de uma ligação amida.
  7. Transferir as soluções dos passos 5.4, 5.5 e 5.6 para separar concentradores centrífugos dentro de tubos de centrifugação.
  8. Para tubos contendo SA-SPDP, a partir do passo 5.4, de centrifugação a 10.000 xg até que o volume do tubo atinge 100 uL ou durante 16 min. Encha o tubo de centrifugação para 500 mL com PBS-EDTA.
    1. Repita o passo 5.8 de cinco vezes. Armazenar o estoque a 4 ° C.
  9. Para tubos contendo HRP-SMCC, a partir do passo 5.5, de centrifugação a 10.000 xg até que o volume atinge 25 uL ou durante 16 min. Encha o tubo de centrifugação para 500 mL com PBS.
    1. Repita o passo 5.9 de cinco vezes. Armazenar o estoque a 4 ° C.
  10. Para tubos contendo BSA-biotina, a partir do passo 5.6, de centrifugação a 10.000 xg até que o volume atinge 100 uL ou durante 12 min. Encha o tubo de centrifugação para 500 mL com PBS.
    1. Repita o passo 5.10 quatro vezes.
    2. Centrifugar a 10.000 xg até que o volume atinge 100 uLou durante 12 min. Adicionar 100 uL de PBS ao tubo. Armazenar o estoque a 4 ° C.
  11. Adicionar 25 ul da solução de HRP a 10 mg / mL com 25 uL de 10 mg / ml solução SA e armazenar a 4 ° C durante a noite. Isto faz com que a SA para tornar conjugado com HRP por meio de uma ligação tioéter.
    1. Prepare uma solução 1: trabalho 4 com a solução durante a noite e armazenar em 4 ° C frigorífico. restante solução Armazenar a -20 ° C.
  12. Preparar duas soluções que consistem em BSA-biotina (ou BSA) em PBS, por adição de 10 ul de estoque de BSA-biotina (ou 10 uL da BSA) a 490 uL de PBS.
  13. Adicionar 100 ul da solução a partir do passo 5.12 a cada poço de uma placa de poliestireno de 96 poços.
  14. Incubar a placa a 37 ° C durante 1 h, envolvido em folha.
  15. Lavam-se as cavidades da placa com 0,05% de Tween 80.
    1. Adicionar 200 mL de 0,05% de PBS-Tween 80 para os poços. Incubar durante 2 min à temperatura ambiente. Decanta-se o líquido.
    2. Repita o passo 5.15.1 três vezes.
  16. Adicionar 200 ul da solução de caseína a 0,5% a cada um dos poços da placa de 96 poços.
  17. Incubar a placa a 37 ° C durante 1 h.
  18. Repetir o passo de 5,15 a lavar os poços três vezes.
  19. Prepara-se uma solução por mistura de 12 mL de uma solução de caseína a 0,5% com 7,5 mL de 0,05% de Tween 80.
  20. Dilui-se o estoque SA-HRP 1: 10.000, utilizando a solução preparada no passo 5.19.
  21. Adicionar 80 ul da solução preparada no passo 5.20 a cada poço de uma placa de 96 poços.
  22. Adicionar 20 ul da amostra a biotina preparado a cada poço da placa de poliestireno. O sobrenadante preparado em 4,6 pode ser utilizado como a amostra biotina neste passo.
  23. Incubar a placa a 37 ° C durante 1 h. Esta etapa permite a ligação competitiva entre a biotina livre e imobilizar BSA-biotina para sítios de ligação SA-HRP.
  24. Repetir o passo de 5,15 a lavar os poços três vezes.
  25. Misturar a solução de acetato de sódio 50 mM, solução de TMB 1%,e 3% de solução de H 2 O 2 a uma 1000: razão 1 (20 mL de volume total): 10.
  26. Adicionar 200 ul da solução a partir do passo de 5,25 a cada cavidade e deixa-se repousar por 15 min à temperatura ambiente, coberto com a folha.
  27. Adicionar 50 ul de 2 H 2 SO 4 a cada poço para parar a reacção. Medir DO450 utilizando um leitor de placas.

Preparação de Superfície 6. Directa Controlo Esquema funcionalizados

  1. Prepare as seguintes soluções.
    1. Prepare a 20 mg / mL LC-LC-biotina em DMSO.
    2. Prepare a 10 mg / ml em PBS com HRP.
    3. Prepare a 0,17 ug / ml em PBS SA.
    4. Prepare a 0,5% de caseína em PBS.
    5. Prepare 20% estoque Tween 80 em água DI.
    6. Prepare 0,05% de Tween 80 (20% a partir de estoque) em PBS.
    7. Preparar 50 mM de acetato de sódio em água desionizada.
    8. Prepare 1% de TMB em DMSO.
    9. Prepare a 3% de H 2 O 2 em água Dl.
    10. Prepare 2 MH 2 SO 4 em água DI.
  2. Adicionar 7,5 uL LC-LC-biotina a 72 ul de HRP e incuba-se a, durante 1,5 h à TA, envolvido em folha de alumínio para evitar a exposição à luz. Este passo provoca a biotina conjugado com HRP por meio de uma ligação amida.
  3. Transferir a solução a partir do passo 6.2 para um concentrador centrífugo dentro de um tubo de centrifugação
    1. Centrifugar a solução a 10.000 xg até que o volume atinge 100 uL ou durante 12 min. Encha o tubo de centrifugação para 500 mL com PBS e repetir a centrifugação e além PBS quatro vezes. Armazenar o estoque a 4 ° C.
  4. Adicionar 100 ul da solução de 6.1.3 SA a cada cavidade dentro de uma placa de 96 poços de poliestireno.
  5. Incubar a placa a 37 ° C durante 1 h, envolvido em folha.
  6. Lavam-se as cavidades da placa com 0,05% de Tween 80.
    1. Adicionar 200 mL de 0,05% de Tween 80 aos poços. Incubar durante 2 min à temperatura ambiente. Decanta-se o líquido.
    2. Repita 6.6.1 três vezes.
  7. Adicionar 200 ul da solução de caseína a 0,5% a cada um dos poços da placa de 96 poços.
  8. Incubar a placa a 37 ° C durante 1 h.
  9. Repetir passo 6.6 três vezes para lavar os poços.
  10. Dilui-se o estoque biotina-HRP 1: 10.000, utilizando a solução preparada no passo 6.3.
  11. Adicionar 80 ul da solução preparada no passo 6.10 a cada poço de uma placa de 96 poços.
  12. Adicionar 20 ul da amostra a biotina preparado a cada poço da placa de poliestireno. O sobrenadante preparado em 4,6 pode ser utilizado como a amostra biotina neste passo.
  13. Incubar a placa a 37 ° C durante 1 h. Esta etapa permite a ligação competitiva entre a biotina livre e biotina-HRP para sítios de ligação SA imobilizadas.
  14. Repetir o passo 6.6 para lavar os poços três vezes.
  15. Misturar a solução 50 mM de acetato de sódio, solução de TMB 1%, 3% e solução H 2 O 2 a uma 1000: razão 1 (20 mL de volume total): 10.
  16. Adicionar 200 ul da solução a partir do passo 6.15 a cada poço e incubar durante 15 min à temperatura ambiente, coberto com a folha.
  17. Adicionar 50 ul de 2 H 2 SO 4 solução a cada poço para parar a reacção. Medir DO450 utilizando um leitor de placas.

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Resultados

Os resultados representativos são apresentados nas figuras em anexo cinco. Em primeiro lugar, é apresentado o processo de clonagem graficamente (Figura 1), de modo que o leitor pode acompanhar visualmente os passos críticos para criar a estirpe de E. coli sinteticamente. A fim de caracterizar a dinâmica das populações de células, que proporcionam uma curva de crescimento (Figura 2) gerado pela medição da densidade óptica a 600 nm ...

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Discussão

Nós apresentamos uma nova estratégia para a interface células manipuladas viver com uma superfície do material funcionalizado. Isto foi conseguido através do desenvolvimento de uma linha de células capazes de sintetizar níveis elevados de biotina quando induzido com IPTG. Os níveis elevados de biotina pode então ser utilizado para modificar a superfície funcionalizada. Os protocolos detalhados como engenheiro da linha de células E. coli e como criar duas superfícies funcionalizadas diferentes.

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Divulgações

Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio do prémio FA9550-13-1-0108 da Força Aérea Instituto de Investigação Científica dos EUA. Os autores adicionalmente reconhecer o apoio da adjudicação N00014-15-1-2502 do Office of Naval Research dos EUA, o financiamento do Instituto de Tecnologia da Critical e Ciência Aplicada na Virginia Polytechnic Institute e State University, e da Science Foundation Graduate Research Nacional Programa de bolsas, concessão número 1.607.310.

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Materiais

NameCompanyCatalog NumberComments
LB Broth, Miller Fisher Scientific12-795-027
AgarFisher ScientificBP9744500
Carbenicillin Fisher ScientificBP26481
M9, Minimimal Salts, 5xSigma-AldrichM6030
Casamino Acids Fisher ScientificBP1424-100
Magnesium Sulfate, AnhydrousFisher ScientificM65-500
Calcium Chloride, DihydrateFisher ScientificC79-500
Dextrose (D-Glucose), AnhydrousFisher ScientificD16-1
NEB Turbo Cell LineNew England BiolabsC2984l
Oligonucleotide PrimersThermo Fisher ScientificN/A25N synthesis, DSL purification
Q5 High-Fidelity PolymeraseNew England BiolabsM0491S
Q5 Reaction BufferNew England BiolabsB9027S
dNTP Solution MixNew England BiolabsN0447S
AgaroseBioexpressE-3120-125
Ethidium Bromide, 1%Fisher ScientificBP1302-10
Gel Extraction KitsEpoch Biolabs2260250
GenCatch Plasmid DNA Miniprep KitEpoch Biolabs2160250
AatIINew England BiolabsR0117S
SacIINew England BiolabsR0157S
HindIII-HFNew England BiolabsR3104S
EcoRI-HFNew England BiolabsR3101S
Cutsmart BufferNew England BiolabsB7204S
T4 DNA LigaseNew England BiolabsM0202S
T4 DNA Ligase Reaction BufferNew England BiolabsB0202S
ColiRolle Glass Plating Beads EMD Millipore7101-3
GlycerolFisher ScientificBP229-1
Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG)Fisher ScientificBP1755-10
NHS-Desthiobiotin (DTB)Thermo Fisher Scientific16129
Succinimidyl Trans-4-(maleimidylmethyl) Cyclohexane-1-Carboxylate (SMCC) Thermo Fisher ScientificS1534
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) Fisher ScientificBP231-100
Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio) Propionate (SPDP) Thermo Fisher ScientificS1531
NHS-LC-LC-biotinThermo Fisher Scientific21343
Horseradish Peroxidase (HRP) Thermo Fisher Scientific31490
Phosphate Buffered Saline (PBS), 10x SolutionFisher ScientificBP399500
Streptavidin (SA) Thermo Fisher Scientific21145
Bovine Serum Albumin (BSA)Fisher ScientificBP1600-100
Dithiothreitol (DTT)Fisher ScientificBP172-5
Ethylenediaminetetaacetic acid (EDTA) Fisher ScientificS311-500
Tween 80 Fisher ScientificT164-500
Hydrogen PeroxideFisher ScientificH325-4
3, 3', 5, 5'-tetramethylbenzidine (TMB)Fisher ScientificAC229280050
Vivaspin 500 Centrifugal Concentrators Viva ProductsVS0192
Sodium Acetate, AnhydrousFisher ScientificBP333-500
96-Well Polystyrene PlatesThermo Fisher Scientific266120

Referências

  1. Zhang, R., Heyde, K. C., Scott, F. Y., Paek, S. -H., Ruder, W. C. Programming Surface Chemistry with Engineered Cells. ACS Synth. Biol. , (2016).
  2. Zhou, X., et al. Reduced graphene oxide films used as matrix of MALDI-TOF-MS for detection of octachlorodibenzo-p-dioxin. Chem. Commun. 46, 6974-6976 (2010).
  3. Pardee, K., et al. Low-Cost Detection of Zika Virus Using Programmable Biomolecular Components. Cell. 165, 1255-1266 (2016).
  4. Bähring, S., et al. Design and Sensing Properties of a Self-Assembled Supramolecular Oligomer. Chem. Eur. J. 22, 1958-1967 (2016).
  5. Nicolau Jr, D. V., Armitage, J. P., Maini, P. K. Directional persistence and the optimality of run-and-tumble chemotaxis. Comp. Biol. Chem. 33, 269-274 (2009).
  6. Du, J., Shao, Z., Zhao, H. Engineering microbial factories for synthesis of value-added products. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 38, 873-890 (2011).
  7. Kim, H., Kim, M. J. Electric Field Control of Bacteria-Powered Microrobots Using a Static Obstacle Avoidance Algorithm. IEEE Trans. Rob. 32, 125-137 (2016).
  8. Gardner, T. S., Cantor, C. R., Collins, J. J. Construction of a genetic toggle switch in Escherichia coli. Nature. 403, 339-342 (2000).
  9. Heyde, K. C., Ruder, W. C. Exploring Host-Microbiome Interactions using an in Silico Model of Biomimetic Robots and Engineered Living Cells. Sci. Rep. 5, 11988(2015).
  10. Rice, M. K., Ruder, W. C. Creating biological nanomaterials using synthetic biology. Sci. Tech. Adv. Mater. 15, 014401(2014).
  11. Green, N. M. Avidin. 3. The nature of the biotin-binding site. Biochem. J. 89, 599-609 (1963).
  12. Mesulam, M. M. Tetramethyl benzidine for horseradish peroxidase neurohistochemistry: a non-carcinogenic blue reaction product with superior sensitivity for visualizing neural afferents and efferents. J Histochem. Cytochem. 26, 106-117 (1978).
  13. Litcofsky, K. D., Afeyan, R. B., Krom, R. J., Khalil, A. S., Collins, J. J. Iterative plug-and-play methodology for constructing and modifying synthetic gene networks. Nat. Meth. 9, 1077-1080 (2012).
  14. Gibson, D. G., et al. Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science. 319, 1215-1220 (2008).
  15. Diamandis, E. P., Christopoulos, T. K. The biotin-(strept)avidin system: principles and applications in biotechnology. Clin. Chem. 37, 625-636 (1991).
  16. Nerurkar, L. S., Namba, M., Brashears, G., Jacob,, Lee, A. J., Sever, Y. J., L, J. Rapid detection of herpes simplex virus in clinical specimens by use of capture biotin-streptavidin enzyme-linked immunosorbent assay. J. Clin. Micro. 20, 109-114 (1984).
  17. Cui, Y., Wei, Q., Park, H., Lieber, C. M. Nanowire Nanosensors for Highly Sensitive and Selective Detection of Biological and Chemical Species. Science. 293, 1289-1292 (2001).

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