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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Pseudomonas aeruginosa infecção causa morbidade significativa em hosts vulneráveis. A biblioteca de mutantes de inserção transposon não redundante da estirpe de p. aeruginosa PA14, designado como PA14NR definida, facilita a análise da funcionalidade do gene em inúmeros processos. Apresentado aqui é um protocolo para gerar cópias de alta qualidade da biblioteca mutante PA14NR definido.
Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria Gram-negativa fenotipicamente e Leishmania diversificada e adaptável onipresente em ambientes humanos. P. aeruginosa é capaz de formar biofilmes, desenvolver resistência aos antibióticos, produzem fatores de virulência e evoluir rapidamente no decurso de uma infecção crônica. Assim, p. aeruginosa pode causar tanto aguda e crônica, difícil de tratar infecções, resultando em morbidade significativa em certas populações de pacientes. Estirpe de p. aeruginosa PA14 é um humano isolado clínico com uma estrutura de genoma conservada que infecta uma variedade de hospedeiros mamíferos e nonvertebrate fazendo PA14 uma estirpe atraente para estudar este patógeno. Em 2006, uma biblioteca de mutantes de inserção do transposon não redundante contendo 5.459 mutantes correspondente previsto 4.596 PA14 genes foi gerada. Desde então, a distribuição da biblioteca PA14 permitiu a comunidade de pesquisa compreender melhor a função de genes individuais e complexos caminhos de p. aeruginosa. Manutenção da integridade da biblioteca através do processo de replicação requer técnicas adequado manuseio e precisas. Para o efeito, este manuscrito apresenta protocolos que descrevem detalhadamente as etapas envolvidas em replicação de biblioteca, biblioteca de controle de qualidade e armazenamento adequado dos mutantes individuais.
Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria Gram-negativa fenotipicamente e Leishmania diversificada e adaptável presente no solo, água e ambientes mais humanos, bem como a microflora da pele. Comparado a muitas espécies bacterianas, p. aeruginosa tem um genoma relativamente grande de 5.5-7 Mbp com conteúdo de alto G + C (% de 65-67). Além disso, uma parte significativa dos seus genes estão envolvida na adaptabilidade metabólica e fazem parte de redes de regulação, permitindo uma grande flexibilidade em resposta ao estresse ambiental1. P. aeruginosa expressa uma infinidade de fatores de virulência, apresenta tendência para a forma de biofilmes, possui a habilidade de coordenar as respostas através do quórum de múltiplos caminhos de detecção e exibe uma notável capacidade de desenvolver resistência aos antibióticos e tolerância de2,3,4,5,6,7,8. Esses atributos apresentam desafios significativos no tratamento de infecções causadas por p. aeruginosa.
Crônica infecções de p. aeruginosa podem ocorrer em vários Estados da doença. Fibrose cística (CF), uma doença genética causada pela mutação do gene da Fibrose cística regulador de condutância transmembrana (CFTR) , resulta em secreções infectadas, inspissated dentro das vias aéreas, bronquiectasias progressiva e, finalmente, morte de insuficiência respiratória9. Pela idade adulta, a maioria dos pacientes com FC é cronicamente infectada com p. aeruginosa, que desempenha um papel fundamental na morbilidade e mortalidade associadas a esta doença10. Além disso, pacientes com lesões de queimadura grave11, traqueostomia12, as artroplastias13ou permanência de cateteres14 correm o risco de infecção p. aeruginosa , relacionada com a capacidade das bactérias para formar biofilmes e fuga de acolhimento respostas inflamatórias15. Além disso, colonização ocorre sem concorrência depois uma população tolerante ou resistente aos antibiótico multi é selecionada através do tratamento antimicrobiano de largo espectro, sequencial12,16,17 , 18. melhor compreensão da patogênese de p. aeruginosa terá implicações significativas para inúmeros Estados de doença.
Vários isolados clínicos de p. aeruginosa , incluindo cepas PAO1, PA103, PA14 e PAK, têm sido muito estudados para investigar diferentes características de p. aeruginosa patogênese. Estirpe PA14 é uma clínica isolada que pertence a um dos grupos clonal mais comum no mundo19,20 e não tem sido extensivamente passada no laboratório. PA14is altamente virulento em vertebrados modelos de infecção, com uma notável endotoxina perfil21, pili estrutura22, patogenicidade dos consoles23, tipo sistema do secretion de III (TTSS), citotoxicidade para mamíferos células24 e perfis em antibióticos de resistência e persistência25. Além disso, PA14 também é altamente virulento em numerosos sistemas de modelo do patógeno-hospedeiro, incluindo folha de planta infiltração modelos26,27, infecçãoCaenorhabditis elegans modelos28, 29, inseto modelos30,31, bem como pneumonia rato modelos32,33 e34modelos de queimadura da pele.
Bibliotecas de todo o genoma mutantes são coleções de mutantes isogénicas nos genes não essenciais que constituem ferramentas muito poderosas para compreender a biologia de um organismo, permitindo que a análise da função do gene em escala genômica. Dois perto de-saturação transposon inserção mutante bibliotecas construídas em p. aeruginosa estão atualmente disponíveis para distribuição. Os locais de inserção dos transposões foram determinados para ambas as bibliotecas. Essas bibliotecas não redundante chamadas facilitam estudos de todo o genoma de cepas bacterianas, diminuindo consideravelmente o tempo e custo envolvidos na triagem descaracterizada mutantes transposon aleatório. P. aeruginosa PAO1 transposon mutant biblioteca, construída no MPAO1 isolar de estirpe PAO1 usando transposões ISphoA/ ha e élacZ/ ha35, é comissariada pelo laboratório Manoil, Universidade de Washington. A biblioteca consiste em uma coleção de 9.437 mutantes transposon sequência-verificado que oferece cobertura ampla do genoma e inclui dois mutantes para a maioria dos genes36. Informações sobre a p. aeruginosa PAO1 transposon mutant biblioteca estão disponíveis para o site do laboratório Manoil público, acessível pela internet em http://www.gs.washington.edu/labs/manoil/libraryindex.htm. A p. aeruginosa estirpe PA14 não redundante transposon inserção mutante biblioteca (conjunto PA14NR) construída em tensão PA14 usando transposões MAR2xT7 e TnphoA37 atualmente é distribuída pelo departamento de Pediatria hospital geral de Massachusetts. O conjunto PA14NR é composto por uma coleção de mais de 5.800 mutantes com inserções de transposon único em genes não essenciais37. Detalhes sobre a construção do Set PA14NR são descritos no http://pa14.mgh.harvard.edu/cgi-bin/pa14/home.cgi?section=NR_LIB local público, acessível pela internet, que também contém uma variedade de ferramentas de busca on-line para facilitar o uso da PA14NR Conjunto.
O conjunto original de PA14NR composta por 5.459 mutantes, selecionados a partir de uma biblioteca abrangente de aproximadamente 34.000 transposon aleatório inserção mutantes, que correspondem a 4.596 genes PA14 previstos, representando 77% do PA14 previu todos os genes37. Desde a construção da biblioteca em 2006 foram adicionados novos mutantes, e atualmente o conjunto de PA14NR inclui mais de 5.800 mutantes38 que representam aproximadamente 4.600 PA14 genes. A maioria dos mutantes transposon PA14 foram gerada no selvagem tipo fundo37. Pormenores relativos a cada membro da biblioteca mutante, incluindo a base genética, estão disponíveis através de pesquisa de banco de dados on-line ou baixando a planilha de biblioteca não redundante, ambos os recursos disponíveis no site PA14 (http:// PA14.MGH.Harvard.edu/cgi-bin/PA14/Home.cgi). A maioria dos mutantes foram criada usando o MAR2xT7 transposon (MrT7), com um pequeno conjunto criado usando o TnPhoA (phoA) transposon37. Cada transposon tem uma gaveta de resistência aos antibióticos, o que permite a seleção de mutantes usando gentamicina (MrT7) ou canamicina (phoA). O conjunto de PA14NR de mutantes é armazenado em sessenta e três placas de 96 poços e inclui controle de 96 poços adicionais duas placas, que consistem de tipo selvagem PA14 inoculadas e não inoculados poços intercalados em um padrão predefinido. O formato da placa de 96 poços emparelhado com as ferramentas de busca on-line muito facilita o desenvolvimento personalizado de ensaios que permitem aos usuários facilmente identificar genes associados com fenótipos mutantes de triagem. As ferramentas de busca on-line também facilitam a busca e seleção de mutantes de relevantes adicionais necessários para estudos adicionais.
As bibliotecas de mutante de transposon PA14 e PAO1 são muito importantes recursos globais para a comunidade científica, e eles se complementam na validação da função dos genes desconhecidos e os caminhos deste patógeno bacteriano. Coincidentemente, desde a construção das bibliotecas de mutação transposon PAO1 e PA14, análise de sequenciamento de DNA completo-genoma dos muitos isolados de p. aeruginosa mostrou que PAO1 e PA14 pertencem a diferentes subclados principais do P. aeruginosa 7,de filogenia39,40,41. Porque isolados clínicos de p. aeruginosa são encontrados distribuídos em toda a filogenia, o fato de que PAO1 e PA14 pertencem a diferentes p. aeruginosa subgrupos aumenta o valor das duas bibliotecas de mutação transposon para comparativo estudos.
Publicações descrevendo a construção e seleção de bactérias mutantes bibliotecas, incluindo p. aeruginosa bibliotecas35,,37,42, estão prontamente disponíveis na literatura. No entanto, o melhor de nosso conhecimento, não há protocolos publicados descrevendo os procedimentos detalhados e técnicas usadas para replicação, manutenção e validação das bactérias mutantes bibliotecas estão disponíveis.
A metodologia descrita nesta publicação descreve um conjunto de três protocolos que facilitam o uso e manutenção do PA14NR Set. O primeiro protocolo descreve a replicação da biblioteca como recomendado aos destinatários da PA14NR Set. O segundo protocolo inclui diretrizes para estrias, crescendo e armazenar individuais mutantes identificados usando o conjunto de PA14NR. O terceiro protocolo descreve técnicas de controle de qualidade, incluindo a amplificação por PCR de fragmentos de mutantes transposon e posterior sequenciamento para confirmar identidade mutante. Este conjunto de protocolos também pode ser adaptado para a replicação e a manutenção de outras bibliotecas mutantes bacterianas ou coleções. A replicação de bactérias mutantes bibliotecas ou coleções é altamente recomendada para preservar a integridade da cópia do"mestre" (cópia original recebida). Replicação de várias cópias do conjunto de PA14NR para uso em laboratório de rotina minimiza a probabilidade de contaminação interwell da cópia mestre.
Atenção: Utilize padrão BSL-2 medidas de segurança ao manusear a p. aeruginosa, um patógeno humano. Se você é um indivíduo imunocomprometido ou tem qualquer condição médica que aumenta sua susceptibilidade à infecção bacteriana, tome cuidado especial ao trabalhar com P. aeruginosa. Consulte o escritório de biossegurança na sua instituição e obter a aprovação do seu médico antes de trabalhar com o o PA14 NR definido ou bibliotecas mutantes de patógenos bacterianos.
Figura 1: visão geral da replicação i: protocolo do PA14NR definido. Dia 1: Replicar congeladas culturas mutantes de "cópia master" de PA14NR definida em meios de ágar LB e crescer mutantes durante a noite a 37 ° C. Dia 2: Transferência de crescimento mutante de media LB ágar para profundo bem blocos contendo líquido caldo LB, crescer durante a noite a 37 ° C, com agitação a 950 rpm. Dia 3: Misturar culturas LB durante a noite com glicerol e, em seguida, transferir para placas de 96 poços destino para armazenamento a longo prazo. Lugar de 96 poços chapas plana no congelador-80 ° C. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: recomendado instalação. Esterilidade e suave fluxo de trabalho devem ser mantidas através do uso de precauções apropriadas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
1. protocolo i: replicação de PA14NR o conjunto
Nota: A replicação da biblioteca pode ser alcançada dividindo-se o conjunto de PA14NR nas quatro subconjuntos de dezesseis placas cada que podem ser processados em quatro semanas consecutivas. Geração de 1 a 6 cópias adere ao fluxo de trabalho semanal, descritas na tabela 1, enquanto a geração de mais de 6 cópias segue o fluxo de trabalho semanal, descrito na tabela 2. Para gerar 12 cópias do conjunto de PA14NR, de inocular o mesmo subconjunto de PA14NR em meio LB líquido no dia 2 e novamente no dia 3 (a partir do mesmo conjunto de placas de ágar replicada em 1 dia) e transferência pernoite culturas mutantes em chapas de cópia no dia 3 e dia 4 respectivamente.
Dia 0 | Dia 1 | Dia 2 | Dia 3 |
Dia da preparação | Crescimento de mutantes PA14NR definido em meios de ágar LB | Crescimento de mutantes PA14NR definida em meio líquido LB | Transferência de culturas mutantes PA14NR definido para placas de destino |
Tabela 1: cronograma para replicação de 1-6 cópias do conjunto de PA14NR de. Replicação de um pequeno número de cópias pode aderir a um fluxo de trabalho semanal.
Dia 0 | Dia 1 | Dia 2 | Dia 3 | Dia 4 |
Dia da preparação | Crescimento de mutantes PA14NR definido no ágar LB | Crescer de mutantes PA14NR definida em meio líquido LB | Transferência de culturas mutantes de dia 3 para gerar 1 conjunto de 6 cópias do conjunto de PA14NR | Transferência de culturas mutantes dia 4 para gerar 2º conjunto de 6 cópias do conjunto de PA14NR |
Crescimento de mutantes PA14NR definida em meio líquido LB |
Tabela 2: cronograma para replicação de até 12 cópias do conjunto de PA14NR de. Replicação de um maior número de cópias exigirá camadas dentro de um fluxo de trabalho semanal.
2. Protocolo II: Manipulação e armazenamento de mutantes individuais do conjunto de PA14NR
3. protocolo III: controle de qualidade do conjunto de PA14NR
Figura 3: PCR amplificação e sequenciamento de mutantes de inserção de transposon. Visão esquemática das etapas envolvidas na amplificação por PCR e sequenciamento para verificação de identidade mutante. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Afinação de reação de PCR | |
Etapa 1 | Passo 2 |
Reação de PCR1 : | PCR2 reação: |
Água 23.25 µ l (grau de Biologia Molecular) | 19.15 µ l água (grau de Biologia Molecular) |
Polymerase de Taq 3µL 10x Buffer | 5 µ l 10 x tampão da Taq polimerase |
0.5µL polymerase de Taq | 0,6 µ l Taq polimerase |
0,625 µ l 20 µM primer Arb1D (tabela 4) | 0,625 µ l 20 µM primer Arb2A (tabela 4) |
Primeira demão de transposon-específica 0,625 µ l 20 µM (PMFLGM. 3a GB ou Tn5Ext) (tabela 4) | primeira demão de Transposon-específica 0,625 mL 20 µM (PMFLGM. 2a GB ou Tn5Int2) (tabela 4) |
1 µ l 10mm dNTPs | 1 µ l 10mm dNTPs |
1 µ l DNA genômico, 100 ng | Reação de PCR1 de 5 µ l |
Volume de reação final de 30 µ l | Volume de reação final de 30 µ l |
Configurações de reação de PCR | |
PCR1 Thermocycler condições: | PCR2 Thermocycler condições: |
95 ° C – 2 min | 95 ° C – 2 min |
Repita 5 ciclos: | Repita 30 ciclos: |
95 ° C – 30 s | 95 ° C – 30 s |
30 ° C – 1 min | 54 ° C – 30 s |
72 ° C – 1 min | 72 ° C – 1,5 min |
Repita 30 ciclos: | 72 ° C – 10 min |
95 ° C – 30 s | 4 ° C – Hold |
45 ° C – 30 s | |
72 ° C – 1 min | |
72 ° C – 10 min | |
4° C – Hold |
Tabela 3: PCR reação set-up e thermocycler condições usadas para PCR arbitrária. Reações de PCR arbitrárias são executadas sequencialmente, e fragmentos gerados durante a reação de PCR1 são usados como modelo em PCR2 reação. Configurações específicas thermocycler são usadas para cada conjunto de reações.
Nome da primeira demão | Sequência da primeira demão |
MAR2xT7 específicos Transposon Primers | |
PMFLGM. GB-3a | TACAGTTTACGAACCGAACAGGC |
PMFLGM. GB-2a | TGTCAACTGGGTTCGTGCCTTCATCCG |
MAR2xT7 Transposon sequenciamento Primer | |
PMFLGM. GB-4a | GACCGAGATAGGGTTGAGTG |
Primers dephoA específicas do Transposon TN | |
Tn5Ext | GAACGTTACCATGTTAGGAGGTC |
Tn5Int2 | GGAGGTCACATGGAAGTCAGATCCTGG |
TNphoA Transposon Sequencing Primer | |
Tn5Int | CGGGAAAGGTTCCGTTCAGGACGC |
Primers arbitrários | |
ARB1D | GGCCAGGCCTGCAGATGATGNNNNNNNNNNGTAT |
ARB2A | GGCCAGGCCTGCAGATGATG |
Tabela 4: lista dos Primers usados no controle de qualidade Experimentos. Primers utilizados para amplificação por PCR e sequenciamento de mutantes de inserção de transposon para confirmar identidade mutante.
Doze novas cópias da PA14NR Set foram replicadas usando protocolo I e uma avaliação de controle de qualidade das cópias do novas gerado foi realizado utilizando protocolo III.
PA14NR conjunto placas mutantes, juntamente com as placas de controle, que consistem de tipo selvagem PA14 inoculado e não inoculadom poços intercalados em um padrão predefinido (Figura 4A), foram replicadas na sequênc...
O P. aeruginosa Conjunto de PA14NR é um recurso valioso para a comunidade científica. De acordo com o conjunto de dados de março de 2017 de banco de dados de indicadores essenciais da ciência de Clarivate do Analytics, et al . Liberati (2006) 37, que descreve a construção de conjunto de PA14NR, é classificado no top 1% das publicações de microbiologia. Google Scholar relata mais de 600 citações da Liberati et al manuscrito original (2006) a partir de ...
Os autores relatam que não há conflitos de interesses financeiros. Eliana Drenkard e Frederick Ausubel participaram da criação biblioteca mutante PA14 transposon não redundante. Bryan Hurley e Lael Yonker atualmente casa e distribuem a biblioteca mutante como parte do departamento de Pediatria do hospital geral de Massachusetts.
Gostaríamos de agradecer a Lisa Philpotts da MGH Treadwell Biblioteca Virtual para sua orientação na busca de dados. Este trabalho foi financiado pela Fundação de fibrose cística (YONKER16G0 e HURLEY16G0) e NIH NIAID (BPH e ADE: R01 A1095338).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Materials for Library Replication | |||
Sterile 96-well Tissue-culture treated, case of 50 | Corning Life Sciences | 353072 | via Fisher Scientific |
Sterile 96 Well Clear V-Bottom 2000μL Deep Well Plates, case of 25 | Corning Life Sciences | 3960 | via Fisher Scientific |
Nunc OmniTray (rectangular plates), case of 60 | Thermo Scientific Rochester | 242811 | via Fisher Scientific |
Rectangular Ice Pan, Midi (4L) | Corning Life Sciences | 432104 | via Fisher Scientific |
Secure-Gard Cone Mask, case of 300 | Cardinal Health | AT7509 | via Fisher Scientific |
AluminaSeal, pack of 100 | Diversified Biotech | ALUM-100 | via Fisher Scientific |
Breathe-Easy membrane, pack of 100 | Diversified Biotech | BEM-1 | via Sigma-Aldrich |
Sterile, individually wrapped, 50mL Solution Trough/Reagent Reservoir, case of 100 | Sorenson | S50100 | via Westnet Incorporated |
Plate roller | VWR | 60941-118 | via VWR |
Cryo Laser Labels - CRYOLAZRTAG 2.64" x 0.277", pack of 16 sheets | GA International | RCL-11T1-WH | via Labtag.com (template for printing also available from Labtag.com) |
96-well replicator | V & P Scientific, Inc. | Custom 407C, 3.18mm pin diameter, 57mm long | via V & P Scientific, Inc. |
Multitron Pro, 3mm Shaking incubator | Infors HT | l10003P | via Infors HT |
Picus 12 Channel 50-1200μL Electronic Pipette | Sartorius | 735491PR | via Sartorius |
Filter Tips 50-1200μL, pack of 960 | Biohit | 14-559-512 | via Fisher Scientific; use electronic multichannel-compatible tips |
Dry Ice | User-specific vendor | ||
Materials for Individual Mutant Storage | |||
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL | Fisher Scientific | 05-408-130 | via Fisher Scientific |
Pipettes (P1000, P200, P20, P2) | Gilson | F167370 | via Gilson |
Materials for Quality Control PCR | |||
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL | Fisher Scientific | 05-408-130 | via Fisher Scientific |
NanoDrop | Thermo Scientific | ND-2000 | via ThermoFisher |
PCR Thermocycler | |||
Omnistrips PCR Tubes with domed lids | Thermo Scientific | AB0404 | via Fisher Scientific |
ART Barrier low-retention pipette tips (10 uL, 100 uL, 1000 uL) | Molecular BioProducts, Inc. | Z676543 (10 uL), Z676713 (100 uL), Z676802 (1000 uL) | via Sigma-Aldrich |
Pipettes (P1000, P200, P20, P2) | Gilson | F167370 | via Gilson |
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL | Fisher Scientific | 05-408-130 | via Fisher Scientific |
MasterPure DNA Purification Kit | Epicentre | MCD85201 | via Epicentre Technologies Corp |
GeneRuler 1 kb Plus DNA Ladder, ready-to-use | Thermo Scientific | SM1333 | via ThermoFisher |
RediLoad Loading Buffer | Invitrogen | 750026 | via ThermoFisher |
Chemicals | |||
Chemicals for Library and Individual Mutant Storage | |||
Glycerol MB Grade, 1L | Sigma Aldrich | G5516 | via Sigma-Aldrich |
LB Broth | Per 1L dH2O: 10g tryptone, 5g yeast extract, 5g NaCl, 1ml 1N NaOH (Current Protocols in Molecular Biology. Wiley, 1994.) | ||
Tryptone | Sigma Aldrich | T7293 | via Sigma-Aldrich |
Yeast Extract | Sigma Aldrich | Y1625 | via Sigma-Aldrich |
Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S7653 | via Sigma-Aldrich |
Sodium Hydroxide | Sigma Aldrich | S8045 | via Sigma-Aldrich |
LB agar | See preparation above, add 15g Bacto Agar | ||
Bacto Agar | Sigma Aldrich | A5306 | via Sigma-Aldrich |
Gentamicin sulfate, 10g | BioReagent | 1405-41-0 | via Sigma-Aldrich |
Kanamycin sulfate | Gibco | 11815024 | via ThermoFisher |
Ethanol, 190 proof | Decon | 04-355-221 | via Fisher Scientific |
Chemicals for Quality Control PCR | |||
Primers | User-preferred vendor | See primers listed in Table 3 | |
Corning cellgro Molecular Biology Grade Water | Corning | 46000CV | via Fisher Scientific |
Taq Polymerase Buffer | Invitrogen | 10342020 | via ThermoFisher |
Taq DNA Polymerase, recombinant | Invitrogen | 10342020 | via ThermoFisher |
dNTPs | Invitrogen | 10297018 | via ThermoFisher |
Agarose | Sigma | A9539 | via Sigma-Aldrich |
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