Method Article
Этот протокол обеспечивает шаг за шагом процедуру наблюдения одного поведение клеток различных бактерий во времени с использованием автоматизированных флуоресценции покадровой микроскопии. Кроме того, мы предоставляем руководящие принципы, как анализировать микроскопии изображений.
В течение последних нескольких лет ученые все больше осознают, что средние данные, полученные от микробного населения на основе экспериментов не являются репрезентативными для поведения, статуса или фенотипа отдельных клеток. Благодаря этому новому взглянуть число единичных исследованиях клетка плавно подниматься вверх (для последних обзоров см. 1,2,3). Однако многие из одной ячейки применяются методы не позволяют мониторинга развития и поведения одного конкретного одной клетки во времени (например, проточной цитометрии или стандартный микроскопия).
Здесь мы предоставляем подробное описание микроскопии метод используется в нескольких недавних исследованиях 4, 5, 6, 7, который позволяет следить и записывать (флуоресценция) отдельных бактериальных клеток из Сенная палочка и стрептококковой пневмонии через рост и деление на протяжении многих поколений. В результате фильмы могут быть использованы для построения филогенетического дерева линии, прослеживая назад история одной ячейки в пределах популяции, которые произошли от одного общего предка. Это покадровой флуоресцентной микроскопии метод может не только быть использованы для исследования роста, деления и дифференцировки отдельных клеток, но также проанализировать влияние истории клеток и происхождения по конкретным сотовой поведения. Кроме того, покадровой микроскопии идеально подходит для изучения динамики экспрессии генов и белков во время локализации бактериального клеточного цикла. Метод объясняет, как подготовить бактериальных клеток и построить стекло микроскопа для того, чтобы следствием одной клетки в микроколоний. Короче говоря, отдельных клеток выставляются на полутвердые поверхность, состоящая из ростовой среды дополнен агарозы, на которых они растут и делятся под флуоресцентным микроскопом в пределах контролируемой температурой экологической палаты. Изображения захватываются через определенные промежутки времени и позже проанализированы с использованием открытого программного обеспечения ImageJ.
1. Подготовка B. Сенная культур
2. Подготовка микроскопом образца (также см. Рисунок 2)
За час до клетки достигают середины экспоненциальный рост, подготовить стекло микроскопа следующим образом:
3. Покадровый флуоресцентной микроскопии (также см. рисунок 3 и фильм 1)
Следующее оборудование (предоставляется DeltaVision, Великобритания) была использована для покадровой микроскопии экспериментов опубликованы в де Йонг и др. 2010 5. IX71 микроскоп (Olympus), CoolSNAP HQ2 камеры (Princeton Instruments), 300 Вт ксеноновые источник света, ярких 60x Цель поле (1,25 NA), GFP filterset (Chroma, возбуждения при 470/40 нм, эмиссия 525/50 нм), mCherry filterset (Chroma, возбуждения при 572/35 нм, эмиссия 632/60 нм). Автофокус проводили с использованием диаскопического света и используя настоящее автофокусом рутины в Softworx программного обеспечения Deltavision в. Следует отметить, что Есть в настоящее время ряд других систем автофокуса, который также подходят такие как Zeiss Определенные Фокус, Nikon совершенная система фокусировки и Фокус Leica адаптивного управления.
Следующие параметры были использованы для покадровой микроскопии экспериментов опубликованы в де Йонг и др., 2010 5. Снимки для просмотра фильмов были сделаны с интервалом в 8 или 12 минут, используя 10% APLLC Белый светодиод и 0,05 с экспозиции для яркими картинками поле, 10% свет ксенона и 0,5 с экспозиции для GFP обнаружения, и 32% свет ксенона и 0,8 с экспозиции для mCherry обнаружения, соответственно. Исходные данные были сохранены с использованием softWoRx 3.6.0 (прикладной Presicion). Автофокус был запрограммирован на 0,06 мкм шаги и общий диапазон от 1,2 мкм.
Конкретные советы:
4. Данные анализа динамики промоутер деятельности с использованием ImageJ
Отметим, что другие хорошие пакеты программ, которые специализируются на анализе замедленной изображений микроскопии, таких как программное обеспечение BHV 9, 4, Schnitzcell 10, PSICIC 11 и Микроб-Tracker 12, но здесь мы сосредоточимся на свободно доступный пакет ImageJ.
5. Производство фильмов для публикации с ImageJ
Альтернативный протокол Приспособления для стрептококковой пневмонии (рис. 4 и фильм 2):
6. Подготовка С. пневмонии культур
7. Подготовка микроскопом образца
8. Покадровый фазово-контрастной микроскопии
Настройте микроскоп настройки для S. пневмонии: использовать фазово-контрастной микроскопии с С. пневмонии трудно определить использованием светлого поля микроскопию. Продолжить протокола, как это описано для В. Сенная (последующие шаги 2,9 - 3,7). С. пневмонии клетки могут быть выращены на любом 30 ° C или 37 ° C (они быстрее растут при 37 ° С).
9. Представитель результаты:
Замедленной флуоресценции эксперимент был проведен успешно, если бактерии превратились в микроколония монослоя, который полностью расположен в пределах поля зрения в конце эксперимента (см. рис 5A-C). Если клетки росли друг на друга, это не только невозможно проследить их историю точно, но и флуоресценции уровней перекрывающиеся ячейки не может быть измерено правильно. Клетки имеют тенденцию к росту друг на друга, если пятнистый клетки не были достаточно сухой (шаг 2,9), или если состав среды должна быть скорректирована, чтобы получить более медленный рост. Если микроколония выросла из точки зрения, то распределение флуоресценции сигналов в пределах одной колонии не может быть определена. Причины "микроколония движение" может быть недостаточно сушки клеток пятнистый (шаг 2,9), или, если программное обеспечение не было запрограммировано для отслеживания микроколония в процессе разработки. Кроме того, важно, чтобы местные пятна увеличились флуоресценции не обнаруживаются в среде, так как это затемняет флуоресценции сигналы, поступающие от клеток (см. рисунок 5D-F). Фон связанные проблемы могут возникнуть из соединений СМИ, воздушных пузырьков или нерастворенных сгустки агарозы. Чтобы представить себе это, мы приводим на рис. 5F фоне сигналов этого определенному слайду, когда изображение было получено использованием возбуждение / излучение фильтры для красных флуоресцентных красителей. Как видно, яркие пятна autofluorescent присутствуют которая могла бы помешать изображений. Для предотвращения таких местах, убедитесь, что агарозном полностью не растворится и Есть нет воздушных пузырьков при размещении на покровное стекло микроскопа.
Рисунок 1: Экспериментальный обзор
Рисунок 2: Подготовка микроскопом образца
Рисунок 3: Покадровый флуоресцентной микроскопии Б. Сенная клетки укрывательство P kinB-GFP синтеза. Снимки взяты из фильмов 1. Топ панелей: светлое поле, нижняя панели: GFP канала.
ИнжирЮр 4: Покадровый фазово-контрастной микроскопии С. пневмонии штаммом дикого типа R6. Снимки взяты из фильмов 2.
Рисунок 5: Иллюстрация возможных (замедленной) результаты микроскопии. AC показывает факторы, которые должны быть рассмотрены на данных, полученных с диаскопического настройки света. (А) Светлое микрофотография монослоя микроколония (положительный результат) спорообразующих Б. Сенная клетки (B) Светлое образ Б. Сенная микроколония, в которых некоторые клетки росли друг на друга (отрицательный результат) (C) Светлое образ спорулирующими B. Сенная микроколония, которые выросли из области фокуса (отрицательный результат). DF-шоу факторов, которые должны быть рассмотрены для данных, полученных с эпископического настройки света (D) фазового контраста картины Б. Сенная клеток в экспоненциальной фазе изображены для визуализации, где сигналов флуоресценции в Е и F исходят из (Е) сигналов GFP клеток показано в D. Обратите внимание, что фон сигналы подобны в каждом пикселе (положительный результат). Также отметим, что время экспозиции может быть слишком много, так как одна ячейка показывает насыщенных сигнала (отрицательный результат) (F) сигналов, полученных через красный коридор клеток показано в примечании, что Д. фон содержатся участки с повышенным уровнем красной флуоресценции (отрицательный результат).
Фильм 1. Покадровый флуоресцентной микроскопии Б. Сенная клетки укрывательство P kinB-GFP синтеза. Снимки были сделаны в 8 минутные интервалы. Слева: светлое поле, справа: GFP канала. Нажмите сюда, чтобы посмотреть фильм.
Фильм 2. Покадровый фазово-контрастной микроскопии С. пневмонии штаммом дикого типа R6. Снимки были сделаны в 10 минутные интервалы. Нажмите сюда, чтобы посмотреть фильм.
В отличие от многих других методов одну клетку, замедленной флуоресценции методом микроскопии описаны здесь, могут быть использованы для проследить историю определенной ячейке в связи с его предков, его поведение, и разделение событий. В сочетании с флуоресцентно меченных целевых промоутеров или белки, конкретные пути развития активации можно проследить во времени и локализация белка, а также динамики белков может контролироваться при бактериальном развития.
Как указывалось выше, исследования концентрации на различных видов бактерий может быть выполнена путем адаптации условий роста в соответствии с требованиями для конкретной бактерии. Единственные ограничения мы столкнулись, связаны с условиями роста и размера выборки. Из-за замкнутом пространстве, средние условия не могут быть изменены во время эксперимента. Кроме того, более четырех штаммов в эксперименте можно контролировать эффективно.
Учитывая несколько важных шагов, единственный метод анализа клетка описанные здесь, могут быть легко применяться с использованием автоматизированной микроскопом. В следующем, обзор этих важных шагов будет предоставлена. Подробную информацию можно найти в основной текст Общая подготовка. Целесообразно проверить автофокус настройки, необходимые для конкретной бактерии до эксперимента. Кроме того, приближенные оптимальные настройки для визуализации флуоресценции должны быть определены заранее, если это возможно. Кроме того, после подготовлены тайм-линии помогает иметь все материалы готовы к использованию во времени (до потепления микроскоп камеры, программирование микроскопом настройки, подготовки слайд один час до клетки в нужной фазе роста, см. рисунок 1) . Рост B. Сенная в TLM и МЧР: TLM и МЧР определенного химического голода сред, в которых Б. Сенная только растет медленно. Период времени, в котором клетки, выращенные в средствах массовой информации, возможно, придется быть продлен в зависимости от конкретного штамма. Медленный рост не позволяет клеткам нагромождение друг на друга Подготовка микроскопом образца:. Пузырьки воздуха между геном рама, стекло и покровным стеклом должны быть предотвращены, чтобы предотвратить обширный сушки агарозном основе среды. То же самое касается средних / покрытие скольжения интерфейс. Очень важно, чтобы клетки достаточно сухой, чтобы предотвратить плавания и / или нескольких роста слоя Покадровый флуоресцентной микроскопии. Предварительно потепления слайдов, а также экологические камера имеет решающее значение для предотвращения серьезных проблем автофокусом. Клетки должны быть выбраны в середине агар площадку, так как они имеют самые высокие шансы остаться в области, и внимание в ходе эксперимента (если образец сушили достаточно хорошо). Максимум 10 мест в экспериментах по-прежнему работает должным образом. После выбора первой ячейки представляют интерес только использовать программное обеспечение для настройки фокуса (см. текст право). Проверьте клетки по-прежнему в центре внимания в течение первых часов эксперимента в 30-минутные интервалы анализа:. Важно проверить до расширенных процедур анализа ли фон среды имеет аналогичные значения в флуоресценции каналов. Мелкие частицы пыли, компонентов среды, грязных линз или крошечные скопления агарозы может способствовать локально увеличился флуоресценции, что делает фильм трудно или невозможно проанализировать и устранение неисправностей. Если клетки растут друг на друга, это может либо указать, что покровное было прилагается слишком рано, или, что среда не подходит для роста микроколоний монослоев. Если клетки интерес непрерывно умирают преждевременно, в то время как другие клетки на слайде разделить счастливо, вы можете проверить, является ли вы положите УФ-фильтр в нужном положении. Это может также помочь уменьшить время экспозиции или интенсивности света в течение длительного эксперимента.
Нет конфликта интересов объявлены.
Работа в группе JWV поддерживается ЕС Мари-Кюри реинтеграции стипендий, Sysmo2 Грант (NWO-ALW/ERASysBio), Horizon гранта (ZonMw) и Вене стипендий (NWO-ALW). Группа ОПК поддерживается несколько грантов STW (НМП), SYSMO1 (IGdeJ) и SYSMO2 грант, ESF EUROCORES SynBio гранта (SynMod) и Клюйвер центра геномики промышленной ферментации и Top института пищевых продуктов и питания.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Название реагента | Компания | Номер в каталоге | Комментарии (необязательно) |
---|---|---|---|
Гена Frame | ABgene | AB-0578 | 1,7 х 2,8 см. |
с высоким разрешением низкой температурой плавления агарозы | Сигма | A4718 | |
большой скольжения крышки | несколько | 24 х 50 мм | |
При желании, мембрана красителя, например, FM 5-95 | Invitrogen | T23360 | другие красители мембраны, также доступны: http://probes.invitrogen.com/media/pis/mp34653.pdf |
Покадровый микроскоп с экологическими камеры | несколько | подробнее см. на нашем устройстве в соответствующих разделах |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены