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
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Die Autoren bedanken sich bei Dr. Gary Xie und Herbert Lee für die Entwicklung des MDV danken. Wir danken auch Drs. Simone Duarte, Ramiro Murata, Jae-Gyu Jeon, Jacqueline Abranches und Frau Stacy Gregoire für ihre technischen und wissenschaftlichen Beitrag für die analytische Komponenten der Tool-Box. Diese Studie wurde zum Teil durch USPHS Forschungsstipendium DE018023 vom National Institute of Dental und kraniofaziale Forschung gefördert.

1. SCHRITT 1 - Bioassays Der Biofilm-Verfahren nutzt Scheiben aus Hydroxylapatit (HA) als Surrogat-Zahn (Clarkson Chromatography Products, Inc., South Williamsport, PA, USA, und die Fläche = 2,7 ± 0,2 cm 2) beschichtet mit Speichel (Nachahmen der Anwesenheit von erworbenen Häutchen), platziert in eine vertikale Position 4, 5, 8. <ol><li> Biochemische Assays. <ol><li> Die Biofilme sind entweder (i) homogenisiert durch Beschallung 9 oder (...

<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 dieser Präsentation haben wir gezeigt, zwei kritische Komponenten des Analytical Tool-Box (EPS / Bakterien Bildgebung und Microarray Data Mining / Verarbeitung), die Vielseitigkeit und Brauchbarkeit der verschiedenen Tests in das System integriert. Offensichtlich ist die Tool-Box das umfassende (Vergleich) und die gleichzeitige Analyse der verschiedenen Aspekte der Biofilme Biochemie, Architektur und Genexpression als Reaktion auf die verschiedenen experimentellen Bedingungen mit Hilfe eines in-vitro-Modell...

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		<div>
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		<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

Biofilme sind hochdynamische, organisiert und strukturiert Gemeinden von mikrobiellen Zellen in eine extrazelluläre Matrix der variablen Dichte und Zusammensetzung 1, 2 verstrickt. In der Regel bilden sich Biofilme von der ersten mikrobiellen Anlage auf einer Fläche durch die Bildung von Zellverbänden (oder Mikrokolonien) und die weitere Entwicklung und Stabilisierung der Mikrokolonien, die in einer komplexen extrazellulären Matrix auftreten gefolgt. Die Mehrheit der Biofilm Matrizen Hafen Exopolysaccharide (EPS) und zahnärztliche Biofilme sind keine Ausnahme, vor allem diejenigen mit Karies Krankheit, die meist durch Streptococcus mutans 3 sind vermittelten verbunden. Die EPS werden von Mikroorganismen (S. mutans, einen wesentlichen Beitrag) durch extrazelluläre Enzyme, wie Glucosyltransferasen Verwendung von Saccharose in erster Linie als Substrat 3 synthetisiert. Studien von Biofilmen auf der Zahnoberfläche gebildet sind besonders anspruchsvoll aufgrund ihrer ständigen Belastung durch Umwelt-Herausforderungen mit komplexen Diät-host-mikrobielle auftretenden Wechselwirkungen in der Mundhöhle verbunden. Ein besseres Verständnis der dynamischen Veränderungen der strukturellen Organisation und Zusammensetzung der Matrix, Physiologie und Transkriptom / Proteom-Profil von Biofilm-Zellen als Antwort auf diese komplexen Wechselwirkungen würden weiter vorantreiben dem aktuellen Wissenstand, wie orale Biofilme modulieren Pathogenität. Deshalb haben wir ein analytisches Werkzeug-Box Biofilm Analyse bei strukturellen, biochemischen und molekularen Ebene zu erleichtern durch die Kombination von allgemein verfügbaren und neuen Techniken mit maßgeschneiderter Software für die Datenanalyse entwickelt. Standard-analytische (kolorimetrische Assays, RT-qPCR und Microarrays) und neuartige Fluoreszenz-Verfahren (für die gleichzeitige Kennzeichnung von Bakterien und EPS) wurden mit spezieller Software für die Datenanalyse, die komplexe Natur der oralen Biofilm-Forschung-Adresse integriert. Das Tool-Box besteht aus 4 verschiedenen, aber miteinander verbundenen Schritten (Abbildung 1) besteht aus: 1) Bioassays, 2) Raw Data Input, 3) Data Processing, und 4) Data Analysis. Wir nutzten unsere in vitro Biofilm-Modell und spezifischen experimentellen Bedingungen, den Nutzen und die Flexibilität der Tool-Box zu demonstrieren. Der Biofilm-Modell ist einfach, reproduzierbar und mehrere Replikate von einem einzigen Experiment kann gleichzeitig 4 erfolgen, 5. Darüber hinaus ermöglicht es zeitliche Auswertung, Einbindung verschiedener Mikroben-Spezies 5 und Beurteilung der Auswirkungen von unterschiedlichen experimentellen Bedingungen (z. B. Behandlungen 6; Vergleich von Knockout-Mutanten vs Elternstamm 5; Kohlenhydrate Verfügbarkeit 7). Hier beschreiben wir zwei spezifische Komponenten der Tool-Box, einschließlich (i) neue Software für Microarray Data Mining / Organisation (MDV) und Fluoreszenz-Imaging-Analyse (DUOSTAT), und (ii) in situ EPS-Kennzeichnung. Wir bieten auch eine experimentelle Fall zeigt, wie das Tool-Box kann mit Biofilmen Analyse, Daten-Organisation, Integration und Interpretation zu unterstützen.

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

Biofilme auf der Zahnoberfläche gebildet sind sehr komplex und in denen konstante angeborenen und exogene ökologischen Herausforderungen, die ihre Architektur modulieren, Physiologie und Transkriptom. Wir entwickelten eine Toolbox, um die Zusammensetzung, die strukturelle Organisation und Genexpression von oralen Biofilmen, die auf andere Bereiche der Biofilm-Forschung angepasst werden können zu prüfen.

Ein analytisches Werkzeug-Box für umfassende biochemische, strukturelle und Transkriptom Evaluation of Oral Biofilme von Mutans Streptokokken Mediated

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

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