Name: high-throughput saccharification assay for lignocellulosic materials
Uploaded: 2011-07-03T14:00:00
Duration: 11 min 39 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about High-throughput Saccharification Assay for Lignocellulosic Materials at JoVE.com

Gli autori desiderano ringraziare A Viksø-Nielsen (Novozymes) per il dono degli enzimi cellulosolitici. Questo lavoro è stato finanziato dal 7 ° PQ RINNOVO e dai progetti BBSRC BB/G016178 e BB/G016194.

1. Preparazione dei campioni Di solito lavoro con steli da entrambi erbacee o piante legnose. Nel caso di materiali erbacee che crescono le piante a maturità, e dopo lo sviluppo di semi che raccogliamo steli secchi, una volta senescenza è completa. Gli steli sono tagliate in 4 segmenti mm e collocati in 2 flaconi ml con tre palle di fresatura. Nel caso di materiali legnosi, i campioni sono terreno di segatura grossolana con un file in legno corso e quindi posto in un mulino a sfere per ulteriori elaborazioni. I campioni sono posti in un rack all&#39;interno della rettifica / formattazione stazione (Figura 1). Questa stazione macina in sequenza, si mescola e pesa ogni campione. Il numero di ripetizioni necessarie per campione è stabilita testando il materiale a terra in una serie di esperimenti preliminari in cui si determina la variabilità intrinseca di una certa dimensione delle particelle. Il 2 flaconi ml sono forate nella parte inferiore e materiali sono dispensati dalle vibrazioni del flaconcino il pozzetto selezionato. Il braccio vibrante è controllato da un feedback da parte l&#39;equilibrio che consenta l&#39;erogazione accurata della polvere. Il robot dispensa 4 mg / e in un&#39;analisi standard e 4 ripetizioni sono necessari nella maggior parte dei casi. Ciò consente di 20 campioni vegetali / piastra da analizzare. 2. Pretrattamento Una volta che i campioni sono formattati, le piastre a 96 pozzetti vengono elaborati da un sistema automatizzato di gestione dei liquidi (Figura 2). Ecco un pretrattamento mite viene eseguita sul materiale vegetale con l&#39;aggiunta di 350 ml di soluzioni acide o alcaline e il riscaldamento della piastra su un blocco adattato. Per evitare l&#39;evaporazione durante l&#39;analisi, il 96 pozzetti sono sigillati con silicone opaco. La temperatura e l&#39;ora del pre-trattamento può essere modificato a seconda dei materiali oggetto di studio. La temperatura massima, comunque, è di 100 ° C. Una procedura alternativa per i test pre-trattamenti più dura è quella di pretrattare i materiali off line ed eliminare il pretreatmet dal processo. 3. Idrolisi <ol><li> Dopo che i materiali sono pretrattati, il robot rimuove automaticamente la soluzione di pretrattamento, e lavaggi, tutti i pozzi, 5 volte con 850 microlitri 25 mM tampone acetato. I risciacqui vengono effettuate con l&#39;aggiunta di tampone alla soluzione pre-trattamento e, successivamente, la rimozione del 50% del volume totale dopo aver lasciato i solidi nel campione di stabilirsi. L&#39;altezza della aspirazione è fissato a metà della massa liquida al fine di evitare l&#39;aspirazione dei solidi dal fondo del pozzo, vi è la perdita trascurabile di solidi utilizzando questo approccio. Dopo questi lavaggi del pH nel pozzo è 4.5 e il materiale è pronto per idrolisi enzimatica. </li><li> Una miscela di enzimi che contiene una soluzione di cellulasi e emicellulasi viene aggiunto dal robot. In ciascun pozzetto, 850 ml di miscela di enzimi è erogato e la piastra viene spostato in un 50 ° C agitando incubatore. L&#39;idrolisi standard viene eseguita per 8 ore, ma questa volta può essere adattata allo scopo dell&#39;esperimento. Il carico enzima standard utilizzato per erbe FPU è di 7 / g di materiale. </li></ol> 4. Rilevamento di zuccheri riduttori Determinazione degli zuccheri riduttori rilasciato dopo idrolisi è stata effettuata utilizzando una versione modificata del 3-metil-2-benzotiazolinone hydrozone (MTBH) metodo 3. MBTH è stato selezionato come il metodo più adatto perché era il più facile da automatizzare e meno soggetti a interferenze da composti come le proteine. Abbiamo modificato questo metodo altamente sensibile per l&#39;uso sulla piattaforma robotica in modo che possa quantificare con precisione gli zuccheri alle concentrazioni presenti in idrolizzati biomassa, con un volume finale di 250 microlitri che è adatto a uno standard ottico 96 pozzetti. Tutte le fasi di seguito vengono eseguite automaticamente e tre determinazioni indipendenti dalla zuccheri riducenti sono state effettuate per ogni reazione saccarificazione. <ol><li> 30 ml di idrolizzato è stato preso dal piatto profondo e ben miscelati con 45 ml di 25 mM tampone acetato di sodio in una minigonna PCR 96 pozzetti. </li><li> 25 ml di NaOH 1N e 50 ml di una soluzione contenente 0,43 mg / ml MBTH e 0,14 mg / ml DTT sono stati aggiunti. </li><li> Dopo la miscelazione, la piastra PCR è stata riscaldata a 60 ° C per 20 minuti in un termociclatore o un dispositivo simile che fornisce esattamente la stessa quantità di calore a tutti i 96 pozzetti. </li><li> La reazione che ne deriva è stato trasferito a una piastra ottica. </li><li> Aggiungere 100 ml di reagente ossidante (0,2% FeNH4 (SO4) 2, 0,2% di acido solfammico e 0,1% di HCl). Mescolare bene e lasciare a sviluppare per almeno 1 h. </li><li> Ogni piatto dovrebbe contenere anche le reazioni standard di 50 nmol, 100 nmol e 150 nmol glucosio. Le piastre ottici vengono letti a 620 nm. </li></ol> 5. Rappresentante dei risultati: Esempi di diversi tipi di analisi sono presentati in figura 3 e 4. Tutti i risultati sono stati ottenuti utilizzando la piattaforma automatizzata. Figura 3 ripresenta l&#39;aumento di zuccheri riduttori rilasciata da 8 incubazioni h da pioppo terra con quantità crescenti di enzimi cellulosolitici. La figura 4 presenta gli effetti di acidi e alcalini pretrattamento su campioni di pioppo. Il pretrattamento NaOH è più efficiente che il pretrattamento H2SO4 diluito nel facilitare il rilascio di zuccheri durante l&#39;idrolisi. La quantità di zuccheri misurati dopo idrolisi diminuisce quando il pre-trattamento viene eseguito utilizzando le concentrazioni di NaOH superiore a 1M. <img src="/files/ftp_upload/3240/3240fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Stazione robotica per la macinazione e 96 e la formattazione delle biomasse <img src="/files/ftp_upload/3240/3240fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Stazione di gestione dei liquidi per l&#39;analisi ad alta saccarificazione Throughput <img src="/files/ftp_upload/3240/3240fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Effetto di carichi diversi enzimi sul rilascio di equivalenti di riduzione zucchero da campioni di pioppo <img src="/files/ftp_upload/3240/3240fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Effetto dei pre-trattamenti diversi sulla saccarificazione di campioni di pioppo. Zuccheri A. rilasciato dopo pretrattamento con diverse percentuali di H2SO4 a 90 ° C per 30 minuti. Zuccheri B. rilasciato dopo pretrattamenti NaOH alla stessa temperatura e il tempo che il pretrattamento acido .

<ol>
	<li>Carpita, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+Biogenesis+of+the+Cell+Walls+of+Grasses.">Structure and Biogenesis of the Cell Walls of Grasses.</a> Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 47, 445-476 (1996).</li><li>Gomez, L. D., Steele-King, C. G., McQueen-Mason, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustainable+liquid+biofuels+from+biomass:+the+writing's+on+the+walls.">Sustainable liquid biofuels from biomass: the writing's on the walls.</a> New Phytol. 178, 473-485 (2008).</li><li>Anthon, G. E., Barrett, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+reducing+sugars+with+3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone.">Determination of reducing sugars with 3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone.</a> Anal Biochem. 305, 287-289 (2002).</li><li>Gomez, L. D., Whitehead, C., Barakate, A., Halpin, C., McQueen-Mason, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+saccharification+assay+for+determination+of+digestibility+in+plant+materials.">Automated saccharification assay for determination of digestibility in plant materials.</a> Biotechnol Biofuels. 3, 23-23 (2010).</li></ol>

Variations of the standard saccharification protocol can be used in the same platform for determining the activity of cellulolytic enzymes (i.e. by variation of the enzyme concentrations used in a plate as well as using paper as substrate); comparison of the efficiency of several enzyme mixtures on a specific material; time course for saccharification; etc.
A standard saccharification protocol to compare the saccharification potential in different plant materials involves an eight hour hydrolysis (Figures 3 and 4). Most of the plant materials analysed requires four replicates. Under these conditions, the platform can process 80 samples/day. This analysis is being used to screen large populations of barley, maize, and brachypodium in order to establish variability in saccharification potential and the genes involved in its determination4.

<table border="1"><tbody><tr><th> Nome del reagente </th><th> Azienda </th><th> Numero di catalogo </th></tr><tr><td> Macinazione e peso del robot </td><td> Labman Automation </td><td></td></tr><tr><td> 2 ml micro tubo con tappi </td><td> Sarstedt Ltd </td><td> 72,694 </td></tr><tr><td> 5 pedine mm in acciaio inox </td><td> Qiagen Ltd </td><td> 69989 </td></tr><tr><td> 1,2 ml Abgene piazza pozzetti di stoccaggio </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> TUL-050-050C </td></tr><tr><td> Whatman tappo tappetino per 96 piatti quadrati e </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> 7704-0104 </td></tr><tr><td> Hanling robot liquidi </td><td> Tecan Group Ltd. </td><td> Freedom Evo 200 </td></tr><tr><td> Acido solforico </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> S/9231/PB17 </td></tr><tr><td> Idrossido di sodio </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> BPE359-500 </td></tr><tr><td> Di sodio acetato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> S8750-500G </td></tr><tr><td> L&#39;acido acetico </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> A/0420/PB17 </td></tr><tr><td> Novozyme 188 </td><td> Novozyme </td><td> DCN00214 </td></tr><tr><td> Celluclast 1.5L </td><td> Novozyme </td><td> CCN03122 </td></tr><tr><td> 96 pozzetti gonna PCR pieno </td><td> Sarstedt Ltd </td><td> 72.1980.202 </td></tr><tr><td> D-glucosio </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> G/0450/53 </td></tr><tr><td> 3-metil-2-benzotiazolinone idrazone cloridrato idrato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 129739-25G </td></tr><tr><td> DL-ditiotreitolo </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D9163-1G </td></tr><tr><td> Corning micropiastre 96 pozzetti fondo piatto e </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> TKT-521-050H </td></tr><tr><td> Ammonio ferro (III) solfato dodecaidrato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> F1668-250G </td></tr><tr><td> Sulfamic acido </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 242772-500G </td></tr><tr><td> Acido cloridrico </td><td> Fisher Scientific Ltd </td><td> 12462-0026 </td></tr></tbody></table>

high-throughput saccharification assay for lignocellulosic materials

Polisaccaridi che costituiscono la biomassa lignocellulosica impianto può essere suddiviso per produrre una gamma di zuccheri che successivamente può essere utilizzato nella creazione di una bioraffineria. Queste materie prime costituirebbero una nuova piattaforma industriale, che sia sostenibile e carbon neutral, per sostituire l&#39;attuale dipendenza dai combustibili fossili. La riluttanza di decostruzione osservati in materiali lignocellulosici è prodotto da diverse proprietà intrinseche delle pareti delle cellule vegetali. Cellulosa cristallina è incorporato in matrice di polisaccaridi come xylans e arabinoxilani, e tutta la struttura è incassata dal fenolici lignina polimero, che è anche difficile da digerire 1. Al fine di migliorare la digeribilità dei materiali vegetali abbiamo bisogno di scoprire le principali strozzature per la saccarificazione delle pareti cellulari e anche mutanti schermo e popolazioni nidificanti di valutare la variabilità in saccarificazione 2. Queste attività richiedono un approccio un elevato throughput e qui vi presentiamo una piattaforma di analisi che possono effettuare analisi saccarificazione in un formato a 96 pozzetti della piastra. Questa piattaforma è stata sviluppata per consentire la proiezione di digeribilità lignocellulosa di grandi popolazioni di specie vegetali diverse. Abbiamo ridimensionato volumi di reazione per il pretrattamento dolce, parziale idrolisi enzimatica e determinazione lo zucchero, per consentire un gran numero di valutare rapidamente in un sistema automatizzato. Questa piattaforma automatizzata lavora con quantità dell&#39;ordine di milligrammi di biomassa, l&#39;esecuzione di fresatura palla in condizioni controllate per ridurre i materiali vegetali di una granulometria standardizzata in modo riproducibile. Una volta che i campioni sono a terra, il robot formattazione automatica dispensa determinata quantità di materiale e registrato nei pozzetti corrispondenti della piastra da 96 pozzi profondi (Figura 1). Normalmente, distribuire lo stesso materiale in 4 pozzi di avere 4 repliche per l&#39;analisi. Una volta che i piatti sono pieni di materiale vegetale nel layout desiderato, vengono spostati manualmente ad una stazione di manipolazione dei liquidi (Figura 2). In questa stazione i campioni sono sottoposti ad un pretrattamento mite sia con acido diluito o alcalini e incubate a temperature fino a 90 ° C. La soluzione di pretrattamento viene successivamente rimossa ed i campioni sono sciacquati con tampone per tornare ad un pH adatto per idrolisi. I campioni vengono quindi incubati con una miscela di enzimi per un periodo di tempo variabile a 50 ° C. Un&#39;aliquota è tratto dal idrolisati e gli zuccheri riduttori vengono automaticamente determinata con il metodo colorimetrico MBTH.

Watch this Scientific Journal Video about High-throughput Saccharification Assay for Lignocellulosic Materials at JoVE.com

High-throughput Saccharification Assay for Lignocellulosic Materials

Un metodo semplice e rapido per determinare il potenziale saccarificazione di un gran numero di campioni di biomassa vegetale è descritto. La piattaforma automatizzata per questa analisi comporta la preparazione della biomassa vegetale per l&#39;analisi in 96 pozzetti e le prestazioni successive di pretrattamento, l&#39;idrolisi e la quantificazione degli zuccheri rilasciato.

High-throughput per l&#39;analisi Saccarificazione materiali lignocellulosici

Polysaccharides that make up plant lignocellulosic biomass can be broken down to produce a range of sugars that subsequently can be 
used in establishing ...

Research

JoVE Journal

Biology

High-throughput Crystallization of Membrane Proteins Using the Lipidic Bicelle Method

Cristallizzazione high-throughput di proteine ​​di membrana con il metodo lipidica Bicelle

Membrane proteins (MPs) play a critical role in many physiological processes such as pumping specific molecules across the otherwise impermeable membrane ...

Ricerca

Biologia

RNA Secondary Structure Prediction Using High-throughput SHAPE

RNA Secondaria previsione della struttura utilizzando la forma di alta velocità

Understanding the function of RNA involved in biological processes requires a thorough knowledge of RNA structure. Toward this end, the methodology dubbed ...

High-throughput Functional Screening using a Homemade Dual-glow Luciferase Assay

High-throughput screening funzionale utilizzando una casalinga Dual-glow Luciferase Assay

We present a rapid and inexpensive high-throughput screening protocol to identify transcriptional regulators of alpha-synuclein, a gene associated with ...

A High Throughput MHC II Binding Assay for Quantitative Analysis of Peptide Epitopes

Un saggio di legame High Throughput MHC II per l&#39;analisi quantitativa dei peptidi epitopi

Biochemical assays with recombinant human MHC II molecules can provide rapid, quantitative insights into immunogenic epitope identification, deletion, or ...

High-throughput Titration of Luciferase-expressing Recombinant Viruses

High-throughput Titolazione della luciferasi che esprimono ricombinanti virus

Standard plaque assays to determine infectious viral titers can be time consuming, are not amenable to a high volume of samples, and cannot be done with ...

Recovery of Adult Zebrafish Hearts for High-throughput Applications

Recupero di Zebrafish adulti cuori per applicazioni ad alta velocità effettiva

Use of the zebrafish model system for studying development, regeneration, and disease is expanding toward use of adult hearts for cell dissociation and ...

High-throughput Screening for Chemical Modulators of Post-transcriptionally Regulated Genes

Screening ad alto rendimento per i modulatori chimici di Genes post-trascrizionale regolamentati

Both transcriptional and post-transcriptional regulation have a profound impact on genes expression. However, commonly adopted cell-based screening assays ...

Detection of miRNA Targets in High-throughput Using the 3'LIFE Assay

Rivelazione di bersagli miRNA in high-throughput usando il saggio 3&#39;LIFE

Luminescent Identification of Functional Elements in 3&#8217;UTRs (3&#8217;LIFE) allows the rapid identification of targets of specific miRNAs within an ...

qPCRTag Analysis - A High Throughput, Real Time PCR Assay for Sc2.0 Genotyping

Analisi qPCRTag - A High Throughput, Real Time PCR Assay per Sc2.0 genotipizzazione

The Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0) aims to build 16 designer yeast chromosomes and combine them into a single yeast cell. To date one synthetic ...

High Throughput Danio Rerio Energy Expenditure Assay

High Throughput Danio Rerio Energy Expenditure Assay

High Throughput<em&gt; Danio Rerio</em&gt; Energia spese Assay

Zebrafish are an important model organism with inherent advantages that have the potential to make zebrafish a widely applied model for the study of ...