Name: concentration of metabolites from low-density planktonic communities for environmental metabolomics using nuclear magnetic resonance spectroscopy
Uploaded: 2012-04-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Concentration of Metabolites from Low-density Planktonic Communities for Environmental Metabolomics using Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy at JoVE.com

Denne forskningen ble støttes delvis av Grants-i-Aid for Scientific Research for utfordrende utforskende forskning (JK), og forskning (A) (JK og SM) fra departementet for utdanning, kultur, sport, vitenskap og teknologi Japan . En Riken FPR fellesskap (RCE) gitt ekstra støtte. Forfatterne uttrykke sin takknemlighet til legene. Eisuke Chikayama, Yasuyo Sekiyama og Mami Okamoto for teknisk assistanse med NMR og statistiske analyser.

1. Filter Forberedelse til Fjern Ekstraherbare <ol><li> Bruk 25 mm diameter 0,22 mikrometer pore-size Durapore PVDF hydrofile filtre (Millipore). Plasser filtrene i en ren 500 ml Pyrex begerglass med pinsett. Pre-skyll tre ganger med destillert vann. Swirl vel som du skyller å hindre at filtrene kleber seg til hverandre. Legg 300 ml Milli-Q (Millipore) eller tilsvarende høy kvalitet vann. Autoklaver til rette for fullstendig fjerning av ekstraherbare fra filtrene. </li><li> Hell av Milli-Q og igjen trippel skyll fil...

<ol>
	<li>Bundy, J. G., Davey, M. P., Viant, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmental+metabolomics:+a+critical+review+and+future+perspectives.">Environmental metabolomics: a critical review and future perspectives.</a> Metabolomics. 5, 3-21 (2008).</li><li>Chikayama, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+indices+for+simultaneous+large-scale+metabolite+detections+for+a+single+NMR+spectrum.">Statistical indices for simultaneous large-scale metabolite detections for a single NMR spectrum.</a> Anal. Chem. 82, 1653-1658 (2010).</li><li>Lewis, I. A., Schommer, S. C., Markley, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=rNMR:+open+source+software+for+identifying+and+quantifying+metabolites+in+NMR+spectra.">rNMR: open source software for identifying and quantifying metabolites in NMR spectra.</a> Magn. Reson. Chem. 47, S123-S126 (2009).</li><li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symbiotic+gut+microbes+modulate+human+metabolic+phenotypes.">Symbiotic gut microbes modulate human metabolic phenotypes.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 2117-2122 (2008).</li><li>Mochida, K., Furuta, T., Ebana, K., Shinozaki, K., Kikuchi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+exploration+of+metabolic+and+genomic+diversity+in+rice.">Correlation exploration of metabolic and genomic diversity in rice.</a> BMC Genomics. 10, 568 (2009).</li><li>Fukuda, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bifidobacteria+can+protect+from+enteropathogenic+infection+through+production+of+acetate.">Bifidobacteria can protect from enteropathogenic infection through production of acetate.</a> Nature. 469, 543-547 (2011).</li><li>Kikuchi, J., Hirayama, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical+aspects+of+stable+isotope+labeling+of+higher+plants+for+a+hetero-nuclear+multi-dimensional+NMR-based+metabolomics.">Practical aspects of stable isotope labeling of higher plants for a hetero-nuclear multi-dimensional NMR-based metabolomics.</a> Methods Mol. Biol. 358, 273-286 (2007).</li><li>Martin, F. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+top-down+systems+biology+view+of+microbiome-mammalian+metabolic+interactions+in+a+mouse+model.">A top-down systems biology view of microbiome-mammalian metabolic interactions in a mouse model.</a> Mol. Syst. Biol. 3, 112 (2007).</li><li>Mahrous, E. A., Lee, R. B., Lee, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid+approach+to+lipid+profiling+of+mycobacteria+using+2D+HSQC+NMR+maps.">A rapid approach to lipid profiling of mycobacteria using 2D HSQC NMR maps.</a> J. Lipid Res. 49, 455-463 (2008).</li><li>Fukuda, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+and+characterization+of+bacterial+metabolic+dynamics+with+a+novel+profiling+technique,+real-time+metabolotyping.">Evaluation and characterization of bacterial metabolic dynamics with a novel profiling technique, real-time metabolotyping.</a> PloS ONE. 4, e4893 (2009).</li><li>Date, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+monitoring+approach+for+metabolic+dynamics+in+microbial+ecosystems+using+stable-isotope-labeling+technologies.">New monitoring approach for metabolic dynamics in microbial ecosystems using stable-isotope-labeling technologies.</a> J. Biosci. Bioeng. 110, 87-93 (2010).</li><li>Nakanishi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+omics+approach+identifies+nutrition-mediated+microbial+interactions.">Dynamic omics approach identifies nutrition-mediated microbial interactions.</a> J. Proteome Res. 10, 824-836 (2011).</li><li>Falkowski, P., Barber, R., Smetacek, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biogeochemical+controls+and+feedbacks+on+ocean+primary+production.">Biogeochemical controls and feedbacks on ocean primary production.</a> Science. 281, 200-207 (1998).</li><li>Viant, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolomics+of+aquatic+organisms:+the+new+'omics'+on+the+block.">Metabolomics of aquatic organisms: the new 'omics' on the block.</a> Mar. Ecol. Prog. Ser. 332, 301-306 (2007).</li><li>Sekiyama, Y., Chikayama, E., Kikuchi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+semipolar+solvent+system+as+a+step+toward+heteronuclear+multidimensional+NMR-based+metabolomics+for+13C-labeled+bacteria,+plants,+and+animals.">Evaluation of a semipolar solvent system as a step toward heteronuclear multidimensional NMR-based metabolomics for 13C-labeled bacteria, plants, and animals.</a> Anal. Chem. 83, 719-726 (2011).</li><li>Delaglio, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NMRPipe:+A+multidimensional+spectral+processing+system+based+on+UNIX+pipes.">NMRPipe: A multidimensional spectral processing system based on UNIX pipes.</a> J. Biomol. NMR. 6, 277-293 (1995).</li><li>Wang, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automics:+an+integrated+platform+for+NMR-based+metabonomics+spectral+processing+and+data+analysis.">Automics: an integrated platform for NMR-based metabonomics spectral processing and data analysis.</a> BMC Bioinformatics. 10, 83 (2009).</li><li>Eldon, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BioMagResBank.">BioMagResBank.</a> Nucleic Acids Res. 36, D402-D408 (2007).</li><li>Sekiyama, Y., Chikayama, E., Kikuchi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Profiling+polar+and+semipolar+plant+metabolites+throughout+extraction+processes+using+a+combined+solution-state+and+high-resolution+magic+angle+spinning+NMR+approach.">Profiling polar and semipolar plant metabolites throughout extraction processes using a combined solution-state and high-resolution magic angle spinning NMR approach.</a> Anal. Chem. 82, 1643-1652 (2011).</li></ol>

Filtrering og metabolitten utvinning metoden demonstrert her gjør for mikrobiell planktoniske biomasse skal samles i tilstrekkelig mengde for NMR metabolomics. Mens bare utvinning av vandig-løselige metabolitter ved hjelp av KPI og 1D 1 H NMR blir demonstrert, kan andre utvinning løsemidler og spektroskopiske metoder benyttes. Et nyttig eksempel er bruken av deuterert metanol som en semi-polart løsningsmiddel, som har vist seg å produsere overlegen NMR spektra fra heterogene prøver og er mindre følsom ...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på reagensen </td><td> Firma </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> 0,22 mikrometer hydrofile Durapore PVDF filtre, 25 mm </td><td> Millipore </td><td> GVWP02500 </td><td></td></tr><tr><td> Mikroanalyse Filterholder, 25 mm, fritted glass støtte </td><td> Millipore </td><td> XX1002500 </td><td></td></tr><tr><td> 3-plass manifold, 47 mm, rustfritt stål </td><td> Millipore </td><td> XX2504735 </td><td></td></tr><tr><td> KH 2 PO 4 </td><td> Wako </td><td> 169-04245 </td><td></td></tr><tr><td> K 2 HPO 4 </td><td> Wako </td><td> 164-04295 </td><td></td></tr><tr><td> Deuterium oksid, 2 H&gt; 90% </td><td> Campridge Isotop Laboratoties </td><td> DLM-4 </td><td></td<html> &gt; </tr><tr><td> DSS </td><td> Fluka </td><td> 92754 </td><td></td></tr><tr><td> Automill </td><td> Tokken </td><td> TK-AM4 </td><td> Rustfrie knusere inkludert </td></tr><tr><td> Thermomixer komfort </td><td> Eppendorf </td><td> 5355 000.011 </td><td></td></tr><tr><td> Bioruptor </td><td> Diagenode </td><td> UCD-200 </td><td></td></tr><tr><td> Vakuum fordamperen </td><td> EYELA </td><td> CVE-3100 </td><td></td></tr><tr><td> NMR </td><td> Bruker </td><td> DRX-500 med 5 mm-TXI probe </td><td></td></tr><tr><td> Spectral Binning verktøy </td><td> Opprinnelig utviklet </td><td> FT2DB </td><td> <a href="https://database.riken.jp/ecomics/">https://database.riken.jp/ecomics/</a> </td></tr><tr><td> Metabolitt anmerkningen verktøy og database </td><td> Opprinnelig utviklet </td><td> SpinAssign </td><td>= Nmr_search &quot;&gt; http://prime.psc.riken.jp/?action=nmr_search </td></tr></tbody></table>

concentration of metabolites from low-density planktonic communities for environmental metabolomics using nuclear magnetic resonance spectroscopy

Environmental metabolomics er et voksende felt som er fremme ny forståelse i hvordan organismer reagerer på og samhandle med omgivelsene og hverandre på den biokjemiske nivå 1. Nukleær magnetisk resonans (NMR) spektroskopi er en av flere teknologier, blant annet gasskromatografi-massespektrometri (GC-MS), med betydelige løftet for slike studier. Fordeler med NMR er at det er egnet for vilkårlige analyser, gir strukturell informasjon og spektra kan spørres i kvantitative og statistiske oppførsel mot nylig tilgjengelige databaser av individuell metabolitten spektra 2,3. I tillegg kan NMR spektrale data kombineres med data fra andre omics nivåer (f.eks transcriptomics, genomikk) for å gi en mer helhetlig forståelse av de fysiologiske responser taxa på hverandre og miljøet 4,5,6. Imidlertid er NMR mindre følsom enn andre metabolomic teknikker, noe som gjør det vanskelig å apply til naturlige mikrobielle systemer der utvalg bestander kan være lav tetthet og metabolitt konsentrasjoner lavt i forhold til metabolitter fra veldefinerte og lett utvinnbare kilder som hele vev, biofluids eller celle-kulturer. Følgelig har de få direkte miljømessige metabolomic studier av mikrober utført hittil vært begrenset til kultur-baserte eller lett definert med høy tetthet økosystemer som host-symbiont systemer, konstruerte co-kulturer eller manipulasjoner av tarmen miljø hvor stabile isotop merking kan være i tillegg brukes til å forbedre NMR signaler 7,8,9,10,11,12. Metoder som fremmer konsentrasjonen og innsamling av miljø metabolitter ved konsentrasjoner egnet for NMR mangler. Siden siste oppmerksomhet har blitt gitt til de miljømessige metabolomics av organismer i vannmiljøet, hvor mye av energien og materialflyt er mediert av det planktoniske samfunnet 13,14, har vi utviklet en metode for konsentrasjonsjon og uttak av hel-samfunnet metabolitter fra planktoniske mikrobielle systemer ved filtrering. Kommersielt tilgjengelige hydrofile poly-1 ,1-difluoroethene (PVDF) filtre er spesielt behandlet for å fjerne ekstraherbare, som ellers kan synes som forurensninger i påfølgende analyser. Disse behandles filtrene blir så brukt til å filtrere miljømessige eller eksperimentelle prøver av interesse. Filtre som inneholder den våte prøvematerialet er lyofilisert og vandig-løselige metabolitter er hentet direkte for konvensjonell NMR-spektroskopi ved hjelp av et standardisert kaliumfosfat utvinning buffer to. Dataene fra disse metodene kan analyseres statistisk for å identifisere meningsfulle mønstre, eller integreres med andre omics nivåer for helhetlig forståelse av samfunnet og økosystem funksjon.

Watch this Scientific Journal Video about Concentration of Metabolites from Low-density Planktonic Communities for Environmental Metabolomics using Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy at JoVE.com

Concentration of Metabolites from Low-density Planktonic Communities for Environmental Metabolomics using Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

En metode for metabolitten utvinning fra mikrobielle planktoniske samfunn blir presentert. Hele samfunnet prøvetaking oppnås ved filtrering på spesielt forberedt filtre. Etter lyophilization, blir vandig vannløselige metabolitter ut. Denne tilnærmingen gjør det mulig for anvendelse av miljø metabolomics til trans-omics undersøkelser av natur-eller eksperimentelt mikrobielle samfunn.

Konsentrasjon av metabolitter fra lav tetthet Planktoniske Felles innsats for miljøet metabolomics med Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Environmental metabolomics is an emerging field that is promoting new understanding in how organisms respond to and interact with the environment and each ...

Research

JoVE Journal

Biology

Microbial Communities in Nature and Laboratory - Interview

In vitro Labeling of Human Embryonic Stem Cells for Magnetic Resonance Imaging

Human embryonic stem cells (hESC) have demonstrated the ability to restore the injured myocardium. Magnetic resonance imaging (MRI) has emerged as one of ...

Analyzing Gene Expression from Marine Microbial Communities using Environmental Transcriptomics

Analogous to metagenomics, environmental transcriptomics (metatranscriptomics) retrieves and sequences environmental mRNAs from a microbial assemblage ...

Detection of Nitric Oxide and Superoxide Radical Anion by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy from Cells using Spin Traps

Påvisning av nitrogenoksid og Superoxide Radical anion med Electron paramagnetisk resonans spektroskopi fra celler ved hjelp av Spin Traps

Reactive nitrogen/oxygen species (ROS/RNS) at low concentrations play an important role in regulating cell function, signaling, and immune response but in ...

Preparation, Purification, and Characterization of Lanthanide Complexes for Use as Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

Polyaminopolycarboxylate-based ligands are commonly used to chelate lanthanide ions, and the resulting complexes are 
useful as contrast agents for ...

Quantifying Mixing using Magnetic Resonance Imaging

Kvantifisering Mixing bruke Magnetic Resonance Imaging

Mixing is a unit operation that combines two or more components into a homogeneous mixture.  This work involves mixing two viscous liquid streams using an ...

Purification of Transcripts and Metabolites from Drosophila Heads

Purification of Transcripts and Metabolites from Drosophila Heads

Rensing av vitnemål og metabolitter fra<em&gt; Drosophila</em&gt; Heads

For the last decade, we have tried to understand the molecular and cellular mechanisms of neuronal degeneration using Drosophila as a model organism. ...

Removal of Exogenous Materials from the Outer Portion of Frozen Cores to Investigate the Ancient Biological Communities Harbored Inside

Fjerning av eksogene materialer fra den ytre delen av frosne kjerner for å undersøke den gamle biologiske samfunn skjult Inside

The cryosphere offers access to preserved organisms that persisted under past environmental conditions. In fact, these frozen materials could reflect ...

Experimental Protocol for Using Drosophila As an Invertebrate Model System for Toxicity Testing in the Laboratory

Experimental Protocol for Using Drosophila As an Invertebrate Model System for Toxicity Testing in the Laboratory

Eksperimentell protokoll for bruke Drosophila som en virvelløse modellsystem for toksisitet Testing i laboratoriet

Emergent properties and external factors (population-level and ecosystem-level interactions, in particular) play important roles in mediating ...

Co-immunoprecipitation Assay Using Endogenous Nuclear Proteins from Cells Cultured Under Hypoxic Conditions

Co-immunoprecipitation analysen bruke endogene kjernefysiske proteiner fra celler kultivert Hypoxic vilkår

Low oxygen levels (hypoxia) trigger a variety of adaptive responses with the Hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) complex acting as a master regulator. ...