JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Immunology and Infection

Coincubation analysen for kvantifisere konkurrerende interaksjoner mellom Vibrio fischeri isolerer

Published: July 22nd, 2019

DOI:

10.3791/59759

1Department of Marine Sciences, University of North Carolina, Chapel Hill

Bakterier kode ulike mekanismer for å engasjere seg i interbacterial konkurranse. Her presenterer vi en kultur-basert protokoll for karakteriserer konkurransedyktige interaksjoner mellom bakteriell isolerer og hvordan de påvirker den romlige strukturen i en blandet befolkning.

Dette manuskriptet beskriver en kultur BAS ert, coincubation analyse for å påvise og karakteriserer konkurrerende interaksjoner mellom to bakterie populasjoner. Denne metoden sysselsetter stabile plasmider som gjør at hver populasjon skal differensielt merket med distinkte antibiotikaresistens evner og fluorescerende proteiner for valg og visuell diskriminering av hver populasjon, henholdsvis. Her beskriver vi utarbeidelse og coincubation av konkurrerende Vibrio fischeri stammer, fluorescens mikroskopi Imaging, og kvantitativ dataanalyse. Denne tilnærmingen er enkel, gir raske resultater, og kan brukes til å avgjøre om en befolkning dreper eller hemmer veksten av en annen befolkning, og om konkurransen er formidlet gjennom et ekstremt molekyl eller krever direkte celle-celle kontakt. Fordi hver bakterie befolkning uttrykker et annet fluorescerende protein, tillater analysen den romlige diskriminering av konkurrerende populasjoner i en blandet koloni. Selv om de beskrevne metodene utføres med symbiotisk bakterien V. fischeri ved hjelp av betingelser som er optimalisert for denne arten, kan protokollen tilpasses for de fleste culturable bakteriell isolat.

Dette manuskriptet skisserer en kultur-basert metode for å avgjøre om to bakterielle isolerer er i stand til konkurransedyktige interaksjoner. Når man studerer blandede populasjoner, er det viktig å vurdere i hvilken grad bakteriell isolerer samhandle, spesielt om isolat er direkte konkurrerer gjennom forstyrrelser mekanismer. Interferens konkurransen refererer til interaksjoner der en befolkning direkte hemmer veksten eller dreper en konkurrent befolkning1. Disse interaksjoner er viktig å identifisere fordi de kan ha dyptgripende virkninger på en mikrobiell samfunnets struktur og funksjon2,3....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Forbered stammer for Coincubation

  1. Velg en passende referanse stamme som vil tjene som mål for bakteriell konkurranse under coincubation analysen. Se diskusjon for gode fremgangsmåter når du velger en referanse belastning og hvordan referanse belastningen vil påvirke resultatene. I denne protokollen, V. fischeri stamme ES114 vil tjene som referanse belastning.
  2. Bestemme hvilke valg og screening metoder vil bli brukt til å skille mellom isolerer i coincubation.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

For å kunne vurdere konkurrerende interaksjoner mellom bakterie populasjoner, ble en coincubation analyse protokoll utviklet og optimalisert for V. fischeri. Denne metoden utnytter stabile plasmider som koder antibiotikaresistens gener og fluorescerende proteiner, noe som åpner for differensial valg og visuell diskriminering av hver stamme. Ved å analysere data samlet inn fra coincubation analysen, kan den konkurransedyktige utfallet av en interaksjon og mekanismen av samspill.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Den coincubation analysen beskrevet ovenfor gir en kraftig metode for å oppdage interbacterial konkurranse. Denne tilnærmingen er tillatt for identifisering av intraspesifikk konkurranse mellom V. fischeri isolerer og karakterisering av konkurranse mekanismen19. Selv om metoden beskrevet var optimalisert for den marine bakterien V. fischeri, kan det enkelt endres for å imøtekomme andre bakterielle arter, inkludert klinisk og miljømessige isolerer. Det er viktig å merke seg .......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Vi vil gjerne takke anmeldere for deres hjelpsomme tilbakemeldinger. A.N.S. ble støttet av Gordon og Betty Moore Foundation gjennom Grant GBMF 255,03 til Life Sciences Research Foundation.

....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 mL Microcentrifuge TubesFisher05-408-129
10 μL multichannel pipette
100 μL multichannel pipette
300 μL multichannel pipette
10 μL single channel pipette
20 μL single channel pipette
200 μL single channel pipette
1000 μL single channel pipette
24-well platesFisher07-200-84sterile with lid
96-well platesVWR10062-900sterile with lid
Calculator
ChloramphenicolSigmaC0378stock (20 mg/mL in Ethanol); final concentration in media (2 μg /mL LBS)
Fluorescence dissecting microscope with camera and imaging software
forcepsFisher08-880
Kanamycin SulfateFisherBP906-5stock (100 mg/mL in water, filter sterilize); final concentration in media (1 μg/mL LBS)
Nitrocellulose membrane (FS MCE, 25MM, NS)FisherSA1J788H50.22 μm nitrocellulose membrane (pk of 100)
petri platesFisherFB0875713sterile with lid
Spectrophotometer
Semi-micro cuvettesVWR97000-586
TipOne 0.1-10 μL starter systemUSA Scientific1111-350010 racks
TipOne 200 μL starter systemUSA Scientific1111-50010 racks
TipOne 1000 μL starter systemUSA Scientific1111-252010 racks
Vortex
NameCompanyCatalog NumberComments
LBS media
1M Tris Buffer (pH ~7.5)50 mL 1 M stock buffer (62 mL HCl, 938 mL DI water, 121 g Trizma Base)
Agar TechnicalFisherDF0812-17-915 g (Add only for plates)
DI water950 mL
Sodium ChlorideFisherS640-320 g
TryptoneFisherBP9726510 g
Yeast ExtractFisherBP9727-25 g

  1. Hibbing, M. E., Fuqua, C., Parsek, M. R., Peterson, S. B. Bacterial competition: surviving and thriving in the microbial jungle. Nature Reviews Microbiology. 8 (1), 15-25 (2010).
  2. Nyholm, S. V., McFall-Ngai, M. The winnowing: establishing the squid-Vibrio symbiosis. Nature Reviews Microbiology. 2 (8), 632-642 (2004).
  3. Dörr, N. C. D., Blockesh, M. Bacterial type VI secretion system facilitates niche domination. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (36), 8855-8857 (2018).
  4. Maclntyre, D. L., Miyata, S. T., Kitaoka, M., Pukatzki, S. The Vibrio cholerae type VI secretion system displays antimicrobial properties. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (45), 19520-19524 (2010).
  5. Salomon, D., Gonzalez, H., Updegraff, B. L., Orth, K. Vibrio parahaemolyticus type VI secretion system 1 is activated in marine conditions to target bacteria, and is differentially regulated from system 2. PloS One. 8 (4), e61086 (2013).
  6. Sana, T. G., et al. Salmonella Typhimurium utilizes a T6SS-mediated antibacterial weapon to establish in the host gut. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (34), E5044-E5051 (2016).
  7. Schwarz, S., et al. Burkholderia type VI secretion systems have distinct roles in eukaryotic and bacterial cell interactions. PLoS Pathogens. 6 (8), e1001068 (2010).
  8. Wenren, L. M., Sullivan, N. L., Cardarelli, L., Septer, A. N., Gibbs, K. A. Two independent pathways for self-recognition in Proteus mirabilis are linked by type VI-dependent export. MBio. 4 (4), (2013).
  9. García-Bayona, L., Guo, M. S., Laub, M. T. J. E. Contact-dependent killing by Caulobacter crescentus via cell surface-associated, glycine zipper proteins. Elife. 6, 24869 (2017).
  10. Stubbendieck, R. M., Straight, P. D. Multifaceted interfaces of bacterial competition. Journal of bacteriology. 198 (16), 2145-2155 (2016).
  11. Cornforth, D. M., Foster, K. R. Antibiotics and the art of bacterial war. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (35), 10827-10828 (2015).
  12. Shank, E. A., Kolter, R. New developments in microbial interspecies signaling. Current Opinion in Microbiology. 12 (2), 205-214 (2009).
  13. Roelofs, K. G., Coyne, M. J., Gentyala, R. R., Chatzidaki-Livanis, M., Comstock, L. E. Bacteroidales secreted antimicrobial proteins target surface molecules necessary for gut colonization and mediate competition in vivo. MBio. 7 (4), e01055-e01016 (2016).
  14. Dey, A., Vassallo, C. N., Conklin, A. C., Pathak, D. T., Troselj, V., Wall, D. Sibling rivalry in Myxococcus xanthus is mediated by kin recognition and a polyploid prophage. Journal of bacteriology. 198 (6), (2016).
  15. Danka, E. S., Garcia, E. C., Cotter, P. A. Are CDI systems multicolored, facultative, helping greenbeards?. Trends in Microbiology. 25 (5), 391-401 (2017).
  16. Willett, J. L., Ruhe, Z. C., Coulding, C. W., Low, D. A., Hayes, C. S. Contact-dependent growth inhibition (CDI) and CdiB/CdiA two-partner secretion proteins. Journal of molecular biology. 427 (23), 3754-3765 (2015).
  17. Cianfanelli, F. R., Monlezun, L., Coulthurst, S. J. Aim, load, fire: the type VI secretion system, a bacterial nanoweapon. Trends in Microbiology. 24 (1), 51-62 (2016).
  18. Joshi, A., Kostiuk, B., Rogers, A., Teschler, J., Pukatzki, S., Yildiz, F. H. Rules of engagement: the type VI secretion system in Vibrio cholerae. Trends in microbiology. 25 (4), 267-279 (2017).
  19. Speare, L., et al. Bacterial symbionts use a type VI secretion system to eliminate competitors in their natural host. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (36), E8528-E8537 (2018).
  20. Shank, E. A. Using coculture to detect chemically mediated interspecies interactions. Journal of Visualized Experiments. (80), (2013).
  21. Long, R. A., Rowley, D. C., Zamora, E., Liu, J., Bartlett, D. H., Azam, F. Antagonistic interactions among marine bacteria impede the proliferation of Vibrio cholerae. Applied and Environmental Microbiology. 71 (12), 8531-8536 (2005).
  22. Dunn, A. K., Millikan, D. S., Adin, D. M., Bose, J. L., Stabb, E. V. New rfp-and pES213-derived tools for analyzing symbiotic Vibrio fischeri reveal patterns of infection and lux expression in situ. Applied and Environmental Microbiology. 72 (1), 802-810 (2006).
  23. Sana, T. G., et al. The second type VI secretion system of Pseudomonas aeruginosa strain PAO1 is regulated by quorum sensing and Fur and modulates internalization in epithelial cells. Journal of Biological Chemistry. 287 (32), 27095-27105 (2012).
  24. Bachmann, V., Kostiuk, B., Unterweger, D., Diaz-Satizabal, L., Ogg, S., Pukatzki, S. Bile salts modulate the mucin-activated type VI secretion system of pandemic Vibrio cholerae. PLoS. 9 (8), e0004031 (2015).
  25. Ishikawa, T., Rompikuntal, P. K., Lindmark, B., Milton, D. L., Wai, S. N. Quorum sensing regulation of the two hcp alleles in Vibrio cholerae O1 strains. PloS One. 4 (8), e6734 (2009).
  26. Ishikawa, T., et al. Pathoadaptive conditional regulation of the type VI secretion system in Vibrio cholerae O1 strains. Infection and immunity. 80 (2), 575-584 (2012).
  27. Pollack-Berti, A., Wollenberg, M. S., Ruby, E. G. Natural transformation of Vibrio fischeri requires tfoX and tfoY. Environmental Microbiology. 12 (8), 2302-2311 (2010).
  28. Meibom, K. L., Blockesh, M., Dolganov, N. A., Wu, C. Y., Schoolnik, G. K. Chitin induces natural competence in Vibrio cholerae. Science. 310 (5755), 1824-1827 (2005).
  29. Borgeaud, S., Metzger, L. C., Scrignari, T., Blockesh, M. The type VI secretion system of Vibrio cholerae fosters horizontal gene transfer. Science. 347 (6217), 63-67 (2015).
  30. Townsley, L., Mangus, M. P. S., Mehic, S., Yildiz, F. H. Response of Vibrio cholerae to low-temperature shift: CpsV regulates type VI secretion, biofilm formation, and association with zooplankton. Applied and Environmental Microbiology. 82 (14), 00807-00816 (2016).
  31. Huang, Y., et al. Functional characterization and conditional regulation of the type VI secretion system in Vibrio fluvialis. Frontiers in microbiology. 8, 528 (2017).

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved