Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В этом протоколе представлен метод выделения РНК из биопленок Pseudomonas aeruginosa, выращенных в камерных предметных стеклах, для высокопроизводительного секвенирования.
Pseudomonas aeruginosa является условно-патогенным микроорганизмом, вызывающим инфекции дыхательных путей у пациентов с муковисцидозом (МВ). P. aeruginosa известна своей способностью образовывать биопленки, которые защищены матрицей экзополисахаридов. Эта матрица позволяет микроорганизмам быть более устойчивыми к внешним факторам, в том числе к лечению антибиотиками. Одним из наиболее распространенных методов выращивания биопленки для исследований является микротитровка или камерные предметные стекла. Преимущество этих систем заключается в том, что они позволяют тестировать различные условия роста, но их недостаток заключается в том, что они производят ограниченное количество биопленки для экстракции РНК. Цель данной статьи – предоставить подробный, пошаговый протокол о том, как извлечь общую РНК из небольших количеств биопленки достаточного качества и количества для высокопроизводительного секвенирования. Этот протокол позволяет изучать экспрессию генов в этих биопленочных системах.
Большинство хронических бактериальных инфекций, таких как легочные инфекции у пациентов с муковисцидозом (МВ) и инфекции, связанные с протезированием, характеризуются ростом микроорганизмов внутри биопленок. Биопленки1 представляют собой сообщества бактерий, заключенные в матрицу, состоящую преимущественно из полисахаридов2. Бактерии в биопленках могут быть медленно растущими, метаболически спящими, а также находиться в анаэробных, гипоксических условиях. Биопленки более устойчивы к антибиотикам из-за таких факторов, как снижение проникновения антибиотиков, повышенная экспрессия насосов для оттока лекарств иснижение деления клеток3. По этим и другим причинам они представляют большой исследовательский интерес.
Для точного изучения персистирующих инфекций, таких как хроническая инфекция Pseudomonas aeruginosa у пациентов с муковисцидозом, условия роста, наблюдаемые при образовании биопленки, должны быть точно отражены in vitro. Распространенным методом с высокой пропускной способностью является выращивание их в камерных предметных стеклах или микротитровых планшетах и мониторинг образования биопленки с помощью конфокальноймикроскопии. Известно, что ключевым регулятором при переходе от планктонного, или свободноплавающего, к биопленочному бактериальному образу жизни является вторичный мессенджер, cyclic-di-GMP5. Повышенный уровень cyclic-di-GMP увеличивает экспрессию специфических генов, способствующих росту биопленки. Малые некодирующие регуляторные РНК и чувство кворума также играют важную роль в регуляции образования биопленки5. Измерение экспрессии генов биопленки путем секвенирования экстрагированной бактериальной РНК может быть сложной задачей. P. aeruginosa, например, продуцирует три экзополисахарида (Psl, Pel и альгинат), которые в значительных количествах продуцируются в биопленках 6,7. Эти полисахариды могут препятствовать экстракции и очистке РНК, что приводит к получению нечистых препаратов, содержащих низкие уровни бактериальной мРНК8. Коммерчески доступные наборы для экстракции РНК способны производить высококачественную РНК из планктонных бактериальных культур, но могут не работать так же хорошо с культурами биопленки 9,10,11. Существует несколько коммерческих наборов для экстракции РНК, которые утверждают, что работают для биопленок, один из которых мы используем с этим методом.
В данной рукописи мы описываем процедуры выращивания биопленок P. aeruginosa в предметных стеклах камеры и экстракции бактериальной мРНК для высокопроизводительного секвенирования12,13. Используя клинические изоляты, собранные из образцов мокроты пациентов с муковисцидозом, мы демонстрируем, что эти методы могут быть использованы для изолятов с различными характеристиками роста. По сравнению с предыдущими публикациями, этот протокол подробно описан для достижения большего успеха в изучении экспрессии бактериальных биопленочных генов 11,14,15,16.
Совет по этике научных исследований (REB) необходим для сбора и обработки образцов мокроты у людей. Это исследование было одобрено Больницей для больных детей (REB#1000019444). Совет по этике научных исследований (REB) обязан собирать и хранить образцы мокроты у людей. Эти исследования были одобрены Больницей для больных детей РЭБ#1000058579.
1. Образование биопленки
2. Восстановление биопленки
ПРИМЕЧАНИЕ: Каждое предметное стекло содержит восемь отдельных лунок. Один образец состоит из четырех лунок с биопленками, которые будут объединеныв 17. Этот протокол экстракции предназначен для 1 образца (4 лунок), где биопленки извлекаются из 2 лунок за раз. Экстракция РНК выполняется с использованием коммерческого набора для экстракции РНК, который включает в себя этап взбивания шариков и очистку в колонке с модификациями. Следуйте инструкциям производителя по приготовлению реагентов.
3. Полное выделение РНК и оценка качества
ПРИМЕЧАНИЕ: Экстракция РНК осуществляется с помощью коммерческого набора для экстракции РНК, который, как утверждается, работает на биопленках. По возможности отдельные компоненты включены в Таблицу материалов. По возможности даются пояснения о механизмах, лежащих в основе каждого этапа очистки.
4. Истощение рибосомной РНК и высокопроизводительное секвенирование
5. Оценка качества чтения секвенирования
ПРИМЕЧАНИЕ: Проверьте качество чтения секвенирования с помощью бесплатной программы FastQC26, доступной на бесплатной платформе с открытым исходным кодом Galaxy27.
6. Картирование прочтений секвенирования
ПРИМЕЧАНИЕ: В списке указан базовый конвейер для обрезки адаптеров и картирования чтения данных RNA-seq. Последовательности адаптеров обрезаются из операций чтения с помощью Trimmomatic28. Обрезанные прочтения картируются с референсным геномом P. aeruginosa PAO1 (NC_002516.2), полученным из NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)29с использованием BWA30 и Samtools31. Для простоты пара операций чтения называется PA_1.fq и PA_2.fq; Файл чтения адаптера, подлежащий обрезке, называется adapter.fa; а референсная последовательность PAO1 называется PAO1.fasta. Все инструменты имеют открытый исходный код и работают в среде UNIX/LINUX. Настоятельно рекомендуется ознакомиться с основами UNIX/LINUX, чтобы выполнять эти команды.
Общий обзор метода представлен на рисунке 1. Ранее мы использовали 8-луночные камерные стекла для выращивания биопленок P. aeruginosa и воздействия на них антибиотиков, а затем исследовали их с помощью конфокальной микроскопии в разных временных точках...
Общая РНК была успешно экстрагирована из 17 различных образцов бактериальной биопленки в трех экземплярах, в результате чего был получен в общей сложности 51 образец. Сорок девять библиотек РНК объединены и успешно секвенированы. В целом, это подтверждает наши критери?...
Авторы не могут декларировать никаких разоблачений.
Вклад авторов:.В., Ю.Й. и В.В. принимали участие в концептуализации исследования. К.Г., Л.ДЖ., А.М. и.В. оптимизировали лабораторные протоколы. Финансирование K.G. было поддержано субсидией Программы стажировки студентов через BioTalent Canada.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent | G2939BA | Automated electrophoresis of biomolecules |
Agilent RNA 6000 pico kit | Agilent | 5067-1513 | High sensitivity RNA electrophoresis chip to generate a RIN |
DNA/RNA Lysis Buffer | Zymo Research | D7001-1-50 | A guanidinium thiocyanate and N-Lauroylsarcosine-based lysis buffer sold as part of a nucleic acid purification kit |
DNA/RNA Prep Buffer | Zymo Research | D7010-2-10 | A guanidine HCl and ethanol buffer used for purification of DNA and RNA |
DNA/RNA Shield | Zymo Research | R1100-50 | DNA and RNA preservation/protection reagent |
DNA/RNA Wash Buffer | Zymo Research | D7010-3-6 | A salt and ethanol buffer used for purification of DNA and RNA |
DNBSEQ G-400RS | MGI | G-400RS | High throughput sequencer |
MGIEasy RNA Directional Library Prep Set | MGI | 1000006386 | Generate libraries for MGI high-throughput sequencing platforms from total RNA. |
Mini-Beadbeater-96 | BioSpec | 1001 | A high energy, high throughput cell disrupter |
NEBNext rRNA Depletion Kit (bacteria) | New England Biolabs | E7850X | Efficient and specific depletion of bacterial rRNA (5S, 16S, 23S) |
Nunc Lab-Tek II chamber slide system | Thermo Fisher Scientific | 154534 | 8-well chamber slide with removable wells |
Qubit Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33238 | Fluorometer for DNA, RNA and proteins |
Qubit RNA HS Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | Q32852 | High sensitivity fluorometric assay to measure RNA concentration |
Spin-Away Filters | Zymo Research | C1006-50-F | Silica-based spin column primarily used to bind or remove genomic DNA |
Sterile inoculation loops, 1 uL | Sarstedt | 86.1567.050 | Sterile, disposable inoculation loops for manipulation of microorganisms |
ZR BashingBead Lysis tubes | Zymo Research | S6003-50 | 2 mL tubes containing 0.1 and 0.5 mm bead lysis matrix for homogenizing biological samples |
Zymo Spin IIICG Columns | Zymo Research | C1006-50-G | Silica-based spin column for purification of DNA and RNA |
Zymo-Spin III-HRC Filters | Zymo Research | C1058-50 | Remove inhibitors such as polyphenolic compounds, humic/fulvic acids, tannins, melanin, etc. |
Zymobiomics DNA/RNA Miniprep kit | Zymo Research | R2002 | DNA and RNA dual extraction kit |
Zymobiomics HRC Prep solution | Zymo Research | D4300-7-30 | To be used with Zymo-Spin III-HRC Filters to remove PCR inhibitors |
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