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

Denna forskning stöds delvis av Grants-i-Stöd till vetenskaplig forskning för att utmana explorativ forskning (JK), och vetenskaplig forskning (A) (JK och SM) från ministeriet för utbildning, kultur, sport, vetenskap och teknik, Japan . En RIKEN FPR gemenskap (RKS) gav ytterligare stöd. Författarna uttrycker sin tacksamhet till Dr. Eisuke Chikayama, Yasuyo Sekiyama och Mami Okamoto för tekniskt bistånd med NMR och statistiska analyser.

1. Filter Förberedelse att ta bort Extraherbara <ol><li> Använd 25-mm diameter 0,22 um por-storlek Durapore PVDF hydrofila filter (Millipore). Placera filter i en ren 500 ml Pyrex bägare med pincett. Förspolning tre gånger med destillerat vatten. Swirl och du sköljer för att förhindra att filtren fastnar vid varandra. Tillsätt 300 ml Milli-Q (Millipore) eller ekvivalent vatten av hög kvalitet. Autoklavera för att underlätta fullständig borttagning av extraherbara från filtren. </li><li> Häll av Milli-Q ...

<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 och metabolit extraktionsmetod visas här möjliggör mikrobiell planktoniska biomassa som skall samlas in i tillräcklig mängd för NMR metabolomik. Medan endast extraktion av vattenlösliga metaboliter med KPI och 1D 1 H-NMR visas, kan andra extraktionsmedel och spektroskopiska metoder användas. Ett användbart exempel är användningen av deutererad metanol som ett halvfast polärt lösningsmedel, som har visat sig ge överlägsen NMR-spektra från heterogena prov och är mindre känslig för ...

<table border="1"><tbody><tr><td> Namnet på reagens </td><td> Företaget </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> 0,22 um hydrofila Durapore PVDF filter, 25 mm </td><td> Millipore </td><td> GVWP02500 </td><td></td></tr><tr><td> Mikroanalys filterhållare, 25 mm, frittat glas stöd </td><td> Millipore </td><td> XX1002500 </td><td></td></tr><tr><td> 3-plats grenrör, 47 mm, rostfritt stål </td><td> Millipore </td><td> XX2504735 </td><td></td></tr><tr><td> KH 2 PO 4 </td><td> Wako </td><td> 169-04.245 </td><td></td></tr><tr><td> K 2 HPO 4 </td><td> Wako </td><td> 164-04.295 </td><td></td></tr><tr><td> Deuteriumoxid, 2 H&gt; 90% </td><td> Campridge Isotope Laboratoties </td><td> DLM-4 </td><td></td<html> &gt; </tr><tr><td> DSS </td><td> Fluka </td><td> 92.754 </td><td></td></tr><tr><td> Automill </td><td> Tokken </td><td> TK-AM4 </td><td> Rostfria krossar ingår </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 indunstare </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 sond </td><td></td></tr><tr><td> Spektral binning verktyget </td><td> Ursprungligen utvecklades </td><td> FT2DB </td><td> <a href="https://database.riken.jp/ecomics/">https://database.riken.jp/ecomics/</a> </td></tr><tr><td> Metabolit annotering verktyg och en databas </td><td> Ursprungligen utvecklades </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

Miljö metabolomik är ett framväxande fält som främjar ny förståelse i hur organismer svara på och interagera med omgivningen och varandra på biokemisk nivå 1. Kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi är en av flera tekniker, inklusive gaskromatografi-masspektrometri (GC-MS), med stor lovande för sådana studier. Fördelar med NMR är att den är lämplig för oriktade analyser, ger strukturell information och spektra kan söka i kvantitativa och statistiska sätt mot senast tillgängliga databaser för enskilda metaboliten spektra 2,3. Dessutom kan NMR-data kombineras med data från andra Omics nivåer (t.ex. transkriptomik, genomik) för att ge en mer heltäckande förståelse av de fysiologiska svaren från taxa till varandra och miljön 4,5,6. Emellertid är NMR mindre känsliga än andra metabolomic tekniker, vilket gör det svårt att apskikt av naturliga mikrobiella system där prov populationer kan vara låg densitet och metabolit koncentrationer låg jämfört med metaboliter från väl definierade och lätt extraherbara källor som hela vävnader, Biofluids eller cell-kulturer. Följaktligen har de få direkta miljö metabolomic studier av mikrober som utförts hittills varit begränsad till kultur-baserade eller enkelt definieras med hög densitet ekosystem som värd-symbiont system, konstruerade co-kulturer eller manipulationer av tarmen miljö där stabila isotopen märkning kan dessutom användas för att förbättra NMR signaler 7,8,9,10,11,12. Metoder som underlättar koncentrationen och samlingen av miljömässiga metaboliter vid koncentrationer som är lämpliga för NMR saknas. Eftersom den senaste tidens uppmärksamhet har ägnats åt de miljömässiga metabolomik för organismer i vattenmiljön, där mycket av den energi och materialflödet förmedlas av plankton samhället 13,14, har vi utvecklat en metod för koncentrationenning och utvinning av hela samhället metaboliter från system planktoniska mikrobiella genom filtrering. Kommersiellt tillgängliga hydrofila poly-1 ,1-difluoroethene (PVDF)-filter är speciellt behandlad för att fullständigt avlägsna extraherbara, som annars kan förekomma som föroreningar i efterföljande analyser. Dessa behandlade filtren används sedan för att filtrera miljö eller experimentella prover av intresse. Filter innehåller det våta provet materialet är frystorkat och vattenlösliga metaboliter utvinns direkt för konventionella NMR-spektroskopi med hjälp av en standardiserad kaliumbuffert fosfat utvinning 2. Uppgifter som härrör från dessa metoder kan analyseras statistiskt för att identifiera meningsfulla mönster eller integreras med andra Omics nivåer för förståelse av gemenskap och ekosystemens funktion.

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 metod för metabolit extraktion från mikrobiella planktoniska samhällen presenteras. Hela samhället provtagning åstadkommas genom filtrering på speciellt beredd filter. Efter lyofilisering, är vatten-lösliga metaboliter extraheras. Detta tillvägagångssätt möjliggör tillämpningen av miljövänlig metabolomik till trans-Omics undersökningar av naturliga eller experimentell mikrobiella samhällen.

Koncentration av metaboliter från låg densitet Planktoniska gemenskapernas Miljö 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

Mikrobiella samhällen i naturen och Laboratory - Intervju

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

In vitro-märkning av mänskliga embryonala stamceller för magnetisk resonanstomografi

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

Analysera Gene Expression från Marine mikrobiella samhällen med Miljö transkriptomik

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

Detektering av kväveoxid och superoxidradikalanjonen genom elektronparamagnetisk resonans-spektroskopi från celler med användning 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

Förberedelse, rening och karakterisering av lantanider Complexes för användning som kontrastmedel för magnetisk resonanstomografi

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

Kvantifiera Blandning med magnetkamera

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

Rening av Transkript och metaboliter från<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

Borttagning av exogena material från den yttre delen av frysta kärnor för att undersöka forntida biologiska samhällen hyste 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

Experimentellt protokoll för att använda Drosophila som en ryggradslösa modellsystem för toxicitetstester 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 Assay med endogena nukleära proteiner från celler odlade hypoxisk villkor

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