Method Article
Мы продемонстрировать использование разрывных плотности градиенты для разделения бактериальных популяций, основанные на капсулы производства. Этот метод используется для сравнения капсула сумму между культурами, изолировать мутантов с конкретным капсула фенотип, или для идентификации капсула регуляторы. Описанные здесь является оптимизация и выполнение анализа.
Капсула является ключевым вирулентности фактором многих бактериальных видов, посредников иммунитета уклонения и сопротивления различным физическим нагрузкам. Хотя многие методы доступны для количественной оценки и сравнения капсулы производства между разными штаммами или мутантов, существует не широко используемый метод сортировки на основе бактерий на сколько капсула они производят. Мы разработали метод, чтобы отделить бактерий капсула величину, с использованием градиента разрывными плотности. Этот метод используется для сравнения капсула суммы полу количественно между культурами, изолировать мутантов с измененной капсулы производства и очистить капсулированной бактерий из сложных образцов. Этот метод может также сочетаться с transposon вставка последовательности для идентификации генов, участвующих в капсуле регулирования. Здесь в деталях, включая как оптимизировать градиента условия для новых видов бактерий или деформации и как создать и запустить градиент плотности демонстрируется метод.
Многие виды бактерий производить мощной полисахаридной капсулы, которая защищает от различных физических напряжений и признание и убийства бактериальных клеток иммунной системой. В Klebsiella pneumoniaeкапсула производство является абсолютным требованием для инфекции1,2. K. pneumoniae капсула опосредует нежелание антимикробных пептидов, устойчивость к дополнение опосредованной убийства, предотвращения фагоцитоза и подавление врожденный иммунный ответ3. Избыток капсул производство связано с повышенной вирулентности и сообщества-(вместо внутрибольничные) инфекций4.
Широкий спектр количественных и качественных тестов доступны для расследования капсулы производства. Для видов нейтрофилов к ним относятся строки теста5, в котором зубочистку коснулся в колонию потянул вверх и измерить длину строки производства и mucoviscosity пробирного6, который включает в себя медленный центрифугирования в Культура, следуют измерения оптической плотности супернатант. Эти методы являются простой и быстрый, но не имеют повышенную чувствительность при использовании на классической нейтрофилов штаммов вместо капсулы overproducing штаммов. Другой метод капсула количественной оценки является assay Уроновые кислоты, который является технически сложным и требует использования концентрированной серной кислоты1. Наконец капсула виден непосредственно при микроскопии (рис. 1A). Из этих методов только микроскопии позволяет пользователям наблюдать различные герметизации государств в рамках одной популяции, и ни один из этих методов позволяет физическое разделение капсулированной и не капсулированных бактерий.
На основе плотности Цветоделение градиентов центрифугированием обычно используются в клеточной биологии для очистки различных эукариотической клетки типа7, но редко используются в микробиологических исследованиях. Mucoviscosity assay для нейтрофилов основывается на том наблюдении, что весьма капсулированной бактерий занимают больше времени Пелле центрифугированием, и мы рассудил, что это может быть из-за снижения общей плотности капсулированной клеток. Метод, показанный здесь был разработан для разделения населения K. pneumoniae физически капсула сумму, с помощью градиентного центрифугирования плотности (рис. 1). Этот метод был успешно применен к пневмококк, указав, что она применима к других бактериальных видов. Градиент плотности разделения насыщенных transposon мутант библиотеки в сочетании с transposon вставка последовательности (плотность TraDISort) был использован для идентификации генов, участвующих в капсуле производства и регулирования8. Кроме того, этот метод был использован в сочетании с случайными премьер полимеразной цепной реакции (ПЦР) отдельных колоний изолировать не капсулированных K. pneumoniae мутантов. Этот метод также может использоваться для быстрого сравнения капсулы производства между различными группами населения и условий, или очистить капсулированной бактерий из сложных проб (рис. 1B). Наконец существует возможность анализа другие фенотипы, которые влияют на плотность, размер ячейки или агрегирования.
Эта рукопись демонстрируется как оптимизировать процедуры для новых видов бактерий или деформации, а строительство и запуск разрывными плотность градиента для разделения гипер капсулированных, капсулированных и не капсулированных бактерий.
Примечание: Убедитесь, что любой оценки рисков, применимых к бактериальных штаммов соблюдаются при культивировании и обработки образцов. Имейте в виду, что установка слишком много градиентов в одно время может привести к опорно-двигательного аппарата из-за давления на суставы от Медленное дозирование участвующих. План работы и принять меры предосторожности, чтобы избежать травм.
1. Подготовка бактериальных штаммов или мутант библиотек
2. Подготовка градиентного разведений и мини-градиент тест
3. Подготовка клеток Главный эксперимент
4. Подготовка разрывными плотности градиенты
Примечание: Альтернативный метод градиентного подготовки к началу (наименее концентрированный) с помощью пипетки снизу (наиболее сосредоточены) описано в шаге 7.
5. Добавление подготовленного клетки градиентов и разделения центрифугированием
6. Восстановление образец дроби и необязательные нарост шаг
7. альтернативный метод для градиента приготовления к началу (наименее концентрированный) с помощью пипетки снизу (наиболее концентрированные)
8. измерение количества капсула, Уроновые кислоты Assay
Представитель результаты показаны на рисунке 2. Ожидать точный результат будет зависеть от бактериальных видов, создание градиентов плотности, и ли пользователь рассматривает один штамм или пул мутантов. Большинство штаммов будут мигрировать в одном месте в пределах градиент, как показано на рисунке 2А и 2D. Применение метода в библиотеке бактериальной мутант вызовет основных группы выше градиент, менее плотной группы, распространяются через верхний слой градиента, и незначительных acapsular фракции в нижней части (рис. 2B). Эти фракции различаются в капсуле сумму как показано assay для Уроновые кислоты (рис. 2B). Transposon вставки последовательность отдельных фракций приводит к четкой локализации конкретных мутантов внутри фракций градиента, как показано для капсула биосинтез Локус ATCC43816 K. pneumoniae (рис. 2C). Представитель результаты для чистых культур K. pneumoniae NTUH-K2044 и S. pneumoniaeи различных капсульных биосинтез или регулирования мутантов, показаны на рисунке 2D.
Рисунок 1 : Схема метода центрифугирования плотности для разделения бактерий, основанные на капсулу и ее приложений. (A) изображение электронной микроскопии капсулированной Klebsiella pneumoniae ячейка. Капсула виден как плотным слоем на внешней стороне клетки. (B) приложения центрифугирования плотности к изучению капсулированной бактерий. (Bi) Плотность разделения могут быть использованы для создания высокой, низкой и без капсула фракций transposon мутант библиотеки и следуют последовательности вставки transposon определить гены, которые влияют капсулы производства. (ВП) Очистка капсулированной бактерий из сложных образца. (Biii) Использование на основе плотности разделения для быстрого сравнения количества капсулы между выборками. Этот метод также позволяет визуализировать разнородные капсулы производства в бактериальных популяций, как показано на (Biii). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 : Представитель результаты. (A) пример вывода из тестов мини-градиент. Два различных штаммов K. pneumoniae были центрифугируется на 1 мл 15% плотность градиента среды. Hypermucoviscous NTUH-K2044 штамм сохраняется выше плотность градиента среднего слоя, в то время как ATCC43816 (которая делает меньше капсула) мигрирует в нижней части слоя. (Bi) Использование градиента плотности для разделения transposon мутант библиотеки на три фракции. Обратите внимание, что нижняя часть содержит низкий процент мутантов и не видна на снимке. (ВП) Проверка различных капсульных сумм в верхней, средней и нижней фракции, используя assay для уроновых кислот. Уроновые кислоты измеряется1и клетки от верхней, средней и перерос нижней доли были изолированы и высокомобильна в PBS ОД600 4, затем капсулы полисахариды извлечены. (C) пример плотности TraDISort результаты. Мутация места определены обозначены синими линиями выше схеме хромосомы. Мутанты не хватает капсулы можно определить как те, которые присутствуют во входной библиотеке, но истощаются в верхней доли во время обогащается в нижней доли, как показано ниже для Локус капсула биосинтеза8. (D) пример использования для сравнения капсула сумму от дикого типа и мутантов штаммов K. pneumoniae NTUH-K2044 и S. pneumoniae 23F плотность градиентного центрифугирования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Капсула является важным вирулентности фактором многих бактериальных видов, включая K. pneumoniae3, пневмококк9, Acinetobacter10и11 видов Neisseria. Хотя существуют различные методы для количественной оценки и визуализации бактериальной капсулы, в настоящее время существует не широко используется метод физически отделить капсулированной и не капсулированных клетки. В этой статье мы продемонстрировали надежный метод для разделения на основе капсула бактериальных популяций, с несколько потенциальных приложений в сочетании с различными протоколами, вверх или вниз по течению.
Присутствие поверхности капсулы может уменьшить плотность бактериальных клеток, который позволяет разделение по плотности градиентного центрифугирования (Рисунок 2D). Мы подтвердили этот метод в K. pneumoniae NTUH-K204412 и ATCC4381613 , а также в пневмококк 23F14 и его Δcps мутант15. Этот метод использует Percoll16 как главной составляющей градиента плотности, который представляет собой суспензию покрытием кремнезема коллоидных частиц, что имеет низкую вязкость и отсутствие токсичности по отношению к бактерии - в принципе, другие вещества, соответствующие этим критериям может быть используется для создания градиента плотности.
Это может быть сложным для обеспечения что слои различной плотности не смешиваются при построении плотности градиенты, и если смешивания происходит, метод разделения не дадут чистые результаты. Мы включили два альтернативных методов для наливания градиенты, с помощью иглы или пипетки — оба являются эффективными, и какой метод использовать это просто вопрос предпочтения. Для всех шагов, которые включают дозирование вещества (бактериальный подвеска, или более разбавленный слой градиента) выше слой градиента закупорить несколько аликвоты небольших объемов может сделать его легче добиться резкого интерфейс без перемешивания слоев.
Ограничение этого протокола является, что не может быть гарантировано его производительность с другими бактериальными видами. Таким образом важно, при рассмотрении новых видов бактериальных или деформации для проверки на основе плотности разделения с помощью метода дополнительные, независимые капсула количественной оценки. Визуализация бактерий, присутствующих в каждой фракции при микроскопии с соответствующим капсула пятна является надежным методом, для которого подробные протоколы, доступные17. Кроме того капсулы, содержащие уроновых кислот (например, кишечной палочки и K. pneumoniae) могут быть количественно определенных пробирного как показано на рисунке 2B1. Тест на основе центрифугирования mucoviscosity не подходит как метод независимой проверки, как этот assay также зависит от плотности бактериальных клеток.
Еще одним ограничением этого метода, что капсулы производства очень чувствителен к условиям культуры и даже небольшие изменения, рост средний, температура, или аэрации могут повлиять на результаты этого анализа. Чтобы свести к минимуму эту проблему, исследователи можно использовать определенный рост средний или партии последовательного комплекса среднего, держать все остальные параметры роста идентичные между экспериментов и включают штаммы соответствующий элемент управления для включения интерпретации неожиданных результатов . Некоторые бактериальной капсулы являются хрупкими и можно наклонять от ячейки, когда накапаны культур. Чтобы избежать сдвига капсулы, культур следует центрифугируют и высокомобильна не более чем в два раза во время подготовки к загрузке на градиенте. Если потеря капсулы во время концентрация культур остается проблематичным, бактериальных культур может применяться к градиент плотности напрямую, с большего объема бактериальной подвеска Добавлено при необходимости для визуализации.
Будущих приложений этот метод, чтобы применить его к другим бактериальных видов и использовать это разделение в сочетании с различными технологиями вверх и вниз по течению. В дополнение к плотности TraDISort8мы рекомендуем, что градиент плотности разделения капсулированной бактерий могут использоваться для изоляции мутантов с измененной капсуле, для очистки капсулированной клеток от смешанных культур или сложных образцов и для Быстрое профилирование капсулы производства в нескольких штаммов. Наконец эта технология может использоваться для изучения других бактериальная фенотипов например агрегации.
Авторы имеют без финансовых интересов раскрыть.
Мы признательны Ван Цзинь-город и Сюзанна Salter за штаммов и члены группы Паркхил полезные обсуждения. Эта работа финансировалась Институтом Сэнгер Добро пожаловать (Грант 206194 Велком) и Добро пожаловать сэр Генри докторантура стипендий для F.L.S. (Грант 106063/A/14/Z). M.J.D. поддерживается Уэллком Сэнгер институт PhD студенчества.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-01 | |
Centrifuge 5810R with Rotor A-4-81 and 500 mL buckets | Eppendorf | 5810 718.007 | |
Adapters for 15 mL tubes | Eppendorf | 5810 722.004 | |
Fixed andgle rotor F-34-6-38 | Eppendorf | 5804 727.002 | |
2.6 to 7 mL tube adapter | Eppendorf | 5804 739.000 | |
Centrifuge 5424 including Rotor FA-45-24-11 | Eppendorf | 5424 000.460 | |
2 mL tubes | Eppendorf | 0030 120.094 | |
1.5 mL tubes | Eppendorf | 0030 120.086 | |
5 mL polypropylene round bottom tube | Falcon | 352063 | |
1 mL disposable syringe Luer slip | Becton Dickinson | 300013 | |
AGANI Needle 21G Green x 1.5" | Terumo | AN 2138R1 | |
P1000 pipette and tips | |||
P200 pipette and tips |
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