Name: an analytical tool-box for comprehensive biochemical, structural and transcriptome evaluation of oral biofilms mediated by mutans streptococci
Uploaded: 2011-01-25T17:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Analytical Tool-box for Comprehensive Biochemical, Structural and Transcriptome Evaluation of Oral Biofilms Mediated by Mutans Streptococci at JoVE.com

De auteurs willen dr. Gary Xie en Herbert Lee bedanken voor de ontwikkeling van de MDV. We danken ook Drs. Simone Duarte, Ramiro Murata, Jae-Gyu Jeon, Jacqueline Abranches, en mevrouw Stacy Gregoire van hun technische en wetenschappelijke bijdrage voor de analytische componenten van de tool-box. Dit onderzoek werd mede ondersteund door USPHS Research verlenen DE018023 van het National Institute of Dental en Craniofaciale Research.

1. STAP 1 - bioassays De biofilm methode maakt gebruik van schijven van hydroxyapatiet (HA) als tand surrogaat (Clarkson Chromatography Products, Inc, Zuid-Williamsport, PA, USA; oppervlak = 2,7 ± 0,2 cm 2) bedekt met speeksel (het nabootsen van de aanwezigheid van pellicle), geplaatst in een verticale positie 4, 5, 8. <ol><li> Biochemische assays. <ol><li> De biofilms zijn ofwel (i) gehomogeniseerd door sonicatie 9 of (ii) blijven intact ...

<ol>
	<li>Costerton, J. W., Stewart, P. S., Greenberg, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+biofilms:+a+common+cause+of+persistent+infections.">Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections.</a> Science. 284, 1318-1322 (1999).</li><li>Branda, S. S., Vik, S., Friedman, L., Kolter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilms:+the+matrix+revisited.">Biofilms: the matrix revisited.</a> Trends Microbiol. 13, 20-26 (2005).</li><li>Leme, P. a. e. s., Koo, A. F., Bellato, H., Bedi, C. M., G, J. A. C. u. r. y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+sucrose+in+cariogenic+dental+biofilm+formation--new+insight.">The role of sucrose in cariogenic dental biofilm formation--new insight.</a> J Dent Res. 85, 878-887 (2006).</li><li>Koo, H., Schobel, B. D., Scott-Annem, K., Watson, G., Bowen, W. H., Cury, J. A., Rosalen, P. L., Park, Y. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apigenin+and+tt-farnesol+with+fluoride+effects+on+S.+mutans+biofilms+and+dental+caries.">Apigenin and tt-farnesol with fluoride effects on S. mutans biofilms and dental caries.</a> J Dent Res. 84, 1016-1020 (2005).</li><li>Koo, H., Xiao, J., Klein, M. I., Jeon, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exopolysaccharides+produced+by+Streptococcus+mutans+glucosyltransferases+modulate+the+establishment+of+microcolonies+within+multispecies+biofilms.">Exopolysaccharides produced by Streptococcus mutans glucosyltransferases modulate the establishment of microcolonies within multispecies biofilms.</a> J Bacteriol. 192, 3024-3032 (2010).</li><li>Jeon, J. G., Klein, M. I., Xiao, J., Gregoire, S., Rosalen, P. L., Koo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influences+of+naturally+occurring+agents+in+combination+with+fluoride+on+gene+expression+and+structural+organization+of+Streptococcus+mutans+in+biofilms.">Influences of naturally occurring agents in combination with fluoride on gene expression and structural organization of Streptococcus mutans in biofilms.</a> BMC Microbiol. 9, 228-228 (2009).</li><li>Klein, M. I., DeBaz, L., Agidi, S., Lee, H., Xie, G., Lin, A. H. M., Hamaker, B. R., Lemos, J. A., Koo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+Streptococcus+mutans+transcriptome+in+response+to+starch+and+sucrose+during+biofilm+development.">Dynamics of Streptococcus mutans transcriptome in response to starch and sucrose during biofilm development.</a> PLoS ONE. , 0013478-0013478 (2010).</li><li>Lemos, J. A., Abranches, J., Koo, H., Marquis, R. E., Burne, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocols+to+Study+the+Physiology+of+Oral+Biofilms.">Protocols to Study the Physiology of Oral Biofilms.</a> Methods Mol Biol. 666, 87-102 (2010).</li><li>Koo, H., Hayacibara, M. F., Schobel, B. D., Cury, J. A., Rosalen, P. L., Park, Y. K., Vacca-Smith, A. M., Bowen, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+Streptococcus+mutans+biofilm+accumulation+and+polysaccharide+production+by+apigenin+and+tt-farnesol.">Inhibition of Streptococcus mutans biofilm accumulation and polysaccharide production by apigenin and tt-farnesol.</a> J Antimicrob Chemother. 52, 782-789 (2003).</li><li>Koo, H., Seils, J., Abranches, J., Burne, R. A., Bowen, W. H., Quivey, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+apigenin+on+gtf+gene+expression+in+Streptococcus+mutans+UA159.">Influence of apigenin on gtf gene expression in Streptococcus mutans UA159.</a> Antimicrob. Agents Chemother. 50, 542-546 (2006).</li><li>Klein, M. I., Duarte, S., Xiao, J., Mitra, S., Foster, T. H., Koo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+molecular+basis+of+the+role+of+starch+and+sucrose+in+Streptococcus+mutans+biofilm+development.">Structural and molecular basis of the role of starch and sucrose in Streptococcus mutans biofilm development.</a> Appl Environ Microbiol. 75, 837-841 (2009).</li><li>Cury, J. A., Koo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction+and+purification+of+total+RNA+from+Streptococcus+mutans+biofilms.">Extraction and purification of total RNA from Streptococcus mutans biofilms.</a> Anal Biochem. 365, 208-214 (2007).</li><li>Xiao, J., Koo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+organization+and+dynamics+of+exopolysaccharide+matrix+and+microcolonies+formation+by+Streptococcus+mutans+in+biofilms.">Structural organization and dynamics of exopolysaccharide matrix and microcolonies formation by Streptococcus mutans in biofilms.</a> J Appl Microbiol. 108, 2103-2113 (2010).</li><li>Thurnheer, T., Gmür, R., Shapiro, S., Guggenheim, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transport+of+macromolecules+within+an+in+vitro+model+of+supragingival+plaque.">Mass transport of macromolecules within an in vitro model of supragingival plaque.</a> Appl Environ Microbiol. 69, 1702-1709 (2003).</li><li>Chalmers, N. I., Palmer, R. J. J. r., Du-Thumm, L., Sullivan, R., Shi, W., Kolenbrander, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+quantum+dot+luminescent+probes+to+achieve+single-cell+resolution+of+human+oral+bacteria+in+biofilms.">Use of quantum dot luminescent probes to achieve single-cell resolution of human oral bacteria in biofilms.</a> Appl Environ Microbiol. 73, 630-636 (2007).</li><li>Deng, D. M., Hoogenkamp, M. A., Ten Cate, J. M. >., Crielaard, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+metabolic+activity+indicator+in+Streptococcus+mutans+biofilms.">Novel metabolic activity indicator in Streptococcus mutans biofilms.</a> J Microbiol Methods. 77, 67-71 (2009).</li></ol>

In deze presentatie hebben we aangetoond dat twee cruciale onderdelen van de Analytische Tool-Box (EPS / bacteriën imaging en microarray data mining / verwerking), de veelzijdigheid en het nut van de verschillende testen geïntegreerd in het systeem. Het is duidelijk dat de tool-box vergemakkelijkt de uitgebreide (vergelijkende) en gelijktijdige analyse van de verschillende aspecten van de biofilms biochemie, architectuur en genexpressie in reactie op de verschillende experimentele condities met behulp van een in v...

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Syto 9</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Invitrogen </td>
<td>S34854</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Syto 60</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Invitrogen </td>
<td>S11342</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Dextran conjugated alexa 647</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Invitrogen </td>
<td>D22914</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Olympus FV1000 two-photon laser scanning microscope</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Olympus, Tokyo, Japan</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

an analytical tool-box for comprehensive biochemical, structural and transcriptome evaluation of oral biofilms mediated by mutans streptococci

Biofilms zijn zeer dynamisch, georganiseerd en gestructureerd gemeenschappen van microbiële cellen verstrikt in een extracellulaire matrix van de variabele dichtheid en samenstelling 1, 2. In het algemeen, biofilms ontwikkelen van de eerste microbiële beslag op een oppervlak gevolgd door de vorming van cel-clusters (of microkolonies) en de verdere ontwikkeling en stabilisatie van de microkolonies, die voorkomen in een complexe extracellulaire matrix. De meerderheid van de biofilm matrices haven exopolysacchariden (EPS), en tandheelkundige biofilms vormen hierop geen uitzondering, vooral die in verband met cariës ziekte, die meestal gemedieerd door mutans streptococcen 3. De EPS worden gesynthetiseerd door micro-organismen (S. mutans, een belangrijke bijdrage levert) door middel van extracellulaire enzymen, zoals glucosyltransferases gebruik van sucrose in de eerste plaats als substraat 3. Studies van biofilms gevormd op tandoppervlakken zijn bijzonder uitdagend vanwege hun constante blootstelling aan milieu-uitdagingen in verband met complexe dieet-host-microbiële interacties die voorkomen in de mondholte. Beter begrip van de dynamische veranderingen van de structurele organisatie en de samenstelling van de matrix, fysiologie en transcriptoom / proteoom profiel van biofilm-cellen in reactie op deze complexe interacties verder zou vooraf de huidige kennis van hoe orale biofilms moduleren pathogeniteit. Daarom hebben we een analyse-tool-box om biofilm analyse te vergemakkelijken op structureel, biochemisch en moleculair niveau door een combinatie van algemeen beschikbare en nieuwe technieken met op maat gemaakte software voor data-analyse. Standaard analytische (colorimetrische assays, RT-qPCR en microarrays) en nieuwe fluorescentie technieken (voor simultane etikettering van bacteriën en EPS) werden geïntegreerd met specifieke software voor data-analyse van de complexe aard van de orale biofilm onderzoek adres. De tool-box bestaat uit 4 verschillende, maar onderling verbonden stappen (figuur 1): 1) Bioassays, 2) Raw Data-ingang, 3) Data Processing, en 4) data-analyse. We gebruikten onze in vitro biofilm-model en de specifieke experimentele omstandigheden op het nut en de flexibiliteit van de tool-box aan te tonen. De biofilm-model is eenvoudig, reproduceerbare en meerdere herhalingen van een enkel experiment kunnen gelijktijdig 4 worden gedaan, 5. Bovendien, is het mogelijk tijdelijk de evaluatie, de opname van verschillende micro-organismen 5 en beoordeling van de effecten van de verschillende experimentele condities (bijvoorbeeld behandelingen 6; vergelijking van de knock-out mutanten vs ouderlijke stam 5; koolhydraten beschikbaarheid 7). We beschrijven hier twee specifieke onderdelen van de tool-box, waaronder (i) nieuwe software voor microarray data mining / organisatie (MDV) en fluorescentie beeldvorming analyse (DUOSTAT), en (ii) in situ EPS-labeling. We bieden ook een experimentele geval zien hoe de tool-box kan u helpen met biofilms analyse, data-organisatie, de integratie en interpretatie.

Watch this Scientific Journal Video about An Analytical Tool-box for Comprehensive Biochemical, Structural and Transcriptome Evaluation of Oral Biofilms Mediated by Mutans Streptococci at JoVE.com

An Analytical Tool-box for Comprehensive Biochemical, Structural and Transcriptome Evaluation of Oral Biofilms Mediated by Mutans Streptococci

Biofilms gevormd op tandoppervlakken zijn zeer complex en worden blootgesteld aan een constante aangeboren en exogene milieu-uitdagingen, die hun architectuur moduleren, fysiologie en transcriptoom. We ontwikkelden een toolbox om de samenstelling, de structurele organisatie en gen-expressie van orale biofilms, die kan worden aangepast aan andere gebieden van de biofilm onderzoek te onderzoeken.

Een analytisch instrument-box voor de Uitgebreide Biochemische, structurele en Transcriptome Evaluatie van orale biofilms gemedieerd door mutans streptococcen

Biofilms are highly dynamic, organized and structured communities of microbial cells enmeshed in an extracellular matrix of variable density and ...

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Comprehensive &amp; Cost Effective Laboratory Monitoring of HIV/AIDS: an African Role Model

Comprehensive & Cost Effective Laboratory Monitoring of HIV/AIDS: an African Role Model

Uitgebreide &amp; Rendabele laboratorium controle van HIV / AIDS: een Afrikaanse Role Model

We present the video about assisting anti-retroviral therapy (ART) by an apt laboratory service - representing a South-African role model for economical ...

Structure of HIV-1 Capsid Assemblies by Cryo-electron Microscopy and Iterative Helical Real-space Reconstruction

Structuur van HIV-1 capside Assemblies van cryo-elektronenmicroscopie en iteratief Helical Real-ruimte Wederopbouw

Cryo-electron microscopy (cryo-EM), combined with image processing, is an increasingly powerful tool for structure determination of macromolecular protein ...

A Quantitative Evaluation of Cell Migration by the Phagokinetic Track Motility Assay

Een kwantitatieve evaluatie van celmigratie door de Phagokinetic Track Motiliteit Assay

Cellular motility is an important biological process for both unicellular and multicellular organisms. It is essential for movement of unicellular ...

High-throughput Quantitative Real-time RT-PCR Assay for Determining Expression Profiles of Types I and III Interferon Subtypes

High-throughput Kwantitatieve real-time RT-PCR assay voor het bepalen van expressieprofielen van de typen I en III interferon subtypen

Described in this report is a qRT-PCR assay for the analysis of seventeen human IFN subtypes in a 384-well plate format that incorporates highly specific ...

Establishment of a High-throughput Setup for Screening Small Molecules That Modulate c-di-GMP Signaling in Pseudomonas aeruginosa

Establishment of a High-throughput Setup for Screening Small Molecules That Modulate c-di-GMP Signaling in Pseudomonas aeruginosa

Oprichting van een High-throughput Setup voor het screenen van kleine moleculen die Moduleer c-di-GMP Signalering in<em&gt; Pseudomonas aeruginosa</em

Bacterial resistance to traditional antibiotics has driven research attempts to identify new drug targets in recently discovered regulatory pathways. ...

Enrichment of Bacterial Lipoproteins and Preparation of N-terminal Lipopeptides for Structural Determination by Mass Spectrometry

Verrijking van Lipoproteins van de bacteriële en de bereiding van N-terminal Lipopeptides voor structurele bepaling door massaspectrometrie

Lipoproteins are important constituents of the bacterial cell envelope and potent activators of the mammalian innate immune response. Despite their ...

Robust Ligature-Induced Model of Murine Periodontitis for the Evaluation of Oral Neutrophils

Robuust, ligatuur-geïnduceerde model van lymfklier-periodontitis voor de evaluatie van orale neutrofielen

The main advantages of studying the pathophysiology of periodontal disease utilizing murine models are the reduced cost of animals, array of genetically ...

Purification of a High Molecular Mass Protein in Streptococcus mutans

Purification of a High Molecular Mass Protein in Streptococcus mutans

Zuivering van een hoog molecuulmassa-eiwit in Streptococcus mutans

Elucidation of a gene&#39;s function typically involves comparison of phenotypic traits of wild-type strains and strains in which the gene of interest has ...

Monitoring Extracellular pH in Cross-Kingdom Biofilms using Confocal Microscopy

Monitoring Extracellular pH in Cross-Kingdom Biofilms met behulp van ConfocalMicroscopie

Cross-kingdom biofilms consisting of both fungal and bacterial cells are involved in a variety of oral diseases, such as endodontic infections, ...

High-Throughput Transcriptome Analysis for Investigating Host-Pathogen Interactions

Transcriptoomanalyse met hoge doorvoer voor het onderzoeken van gastheer-pathogeeninteracties

Pathogens can cause a wide variety of infectious diseases. The biological processes induced by the host in response to infection determine the severity of ...