Name: fibs-enabled noninvasive metabolic profiling
Uploaded: 2014-02-03T15:15:00
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Ringraziamo il professor Lupo Frommer (Carnegie Institution for Science, Stanford University) per averci gentilmente fornito con il glucosio FRET plasmide e il Dr. Uwe Ludewig (Hohenheim University) per fornire gentilmente la glutammina FRET costrutto nel pUTKan pianta vettore di espressione. AB è finanziato dal programma di Borse di studio prioritari BBSRC mirata. Sia CK e KP sono supportati da RCUK Borse in Biopharmaceuticals Processing. CK desidera inoltre ringraziare Lonza Biologics per il loro sostegno finanziario. Il Centro per la biologia sintetica e l&#39;innovazione è generosamente supportato dal EPSRC.

1. Cella linea Revival e manutenzione <ol><li> Revive cellule CHO in 9 ml CD-CHO medio integrato con 8 mM L-glutammina e 10 ml / L integratore 100x ipoxantina / timidina (terreno di coltura completo). </li><li> Centrifugare a 100 xg per 5 min. </li><li> Risospendere le cellule in 10 ml di fresco mezzo di crescita integrale. </li><li> Rimuovere un campione di 1 ml e determinare la concentrazione di cellule vitali mediante microscopio ottico utilizzando il metodo esclusione del colorante blu tripano in un emocitometro. ...

<ol>
	<li>Moser, I., Jobst, G., Urban, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensor+arrays+for+simultaneous+measurement+of+glucose,+lactate,+glutamate,+and+glutamine.">Biosensor arrays for simultaneous measurement of glucose, lactate, glutamate, and glutamine.</a> Biosens. Bioelectron. 17 (4), 297-302 (2002).</li><li>Billingsley, K., 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=Fluorescent+nano-optodes+for+glucose+detection.">Fluorescent nano-optodes for glucose detection.</a> Anal. Chem. 82 (9), 3707-3713 (2010).</li><li>Dattelbaum, J. D., Lakowicz, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Determination+of+Glutamine+Using+a+Genetically+Engineered+Protein.">Optical Determination of Glutamine Using a Genetically Engineered Protein.</a> Anal. Biochem. 291 (1), 88-95 (2001).</li><li>Kfouri, 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=Toward+a+miniaturized+wireless+fluorescence-based+diagnostic+imaging+system.">Toward a miniaturized wireless fluorescence-based diagnostic imaging system.</a> IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14 (1), 226-234 (2008).</li><li>Dittrich, P. S., Manz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+fluorescence+detection+in+microfluidic+channels&#8212;the+Holy+Grail+in+muTAS.">Single-molecule fluorescence detection in microfluidic channels&#8212;the Holy Grail in muTAS.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 382 (8), 1771-1782 (2005).</li><li>Hou, B. H., Codamo, J., Pilbrough, W., Hughes, B., Gray, P. P., Munro, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+sensors+for+monitoring+dynamic+changes+of+intracellular+metabolite+levels+in+mammalian+cells.">Optical sensors for monitoring dynamic changes of intracellular metabolite levels in mammalian cells.</a> Nat. Protoc. 6 (7), 1818-1833 (2011).</li><li>Bermejo, C., Haerizadeh, F., Takanaga, H., Chermak, D., Frommer, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+analysis+of+cytosolic+glucose+and+ATP+levels+in+yeast+using+optical+sensors.">Dynamic analysis of cytosolic glucose and ATP levels in yeast using optical sensors.</a> Biochem. J. 432, 399-406 (2010).</li><li>Yang, H. Y., Bogner, M., Stierhof, Y. D., Ludewig, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=H(+)-independent+glutamine+transport+in+plant+root+tips.">H(+)-independent glutamine transport in plant root tips.</a> Plos One. 5, (2010).</li><li>Fehr, M., Takanaga, H., Ehrhardt, D. W., Frommer, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+high-cavacity+bidirectional+glucose+transport+across+the+endoplasmic+reticulum+membrane+by+genetically+encoded+fluorescence+resonance+energy+transfer+nanosensors.">Evidence for high-cavacity bidirectional glucose transport across the endoplasmic reticulum membrane by genetically encoded fluorescence resonance energy transfer nanosensors.</a> Mol. Cell. Biol. 25 (24), 11102-11112 (2005).</li><li>Ai, H. W., Hazelwood, K. L., Davidson, M. W., Campbell, 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=Fluorescent+protein+FRET+pairs+for+ratiometric+imaging+of+dual+biosensors.">Fluorescent protein FRET pairs for ratiometric imaging of dual biosensors.</a> Nat. Methods. 5 (5), 401-403 (2008).</li><li>Ouyang, M. X., Sun, J., Chien, S., Wang, Y. X. <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+hierarchical+relationship+of+Src+and+Rac+at+subcellular+locations+with+FRET+biosensors.">Determination of hierarchical relationship of Src and Rac at subcellular locations with FRET biosensors.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (38), 14353-14358 (2008).</li><li>Han, 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=Cultivation+of+recombinant+Chinese+hamster+ovary+cells+grown+as+suspended+aggregates+in+stirred+vessels.">Cultivation of recombinant Chinese hamster ovary cells grown as suspended aggregates in stirred vessels.</a> J. Biosci. Bioeng. 102 (5), 430-435 (2006).</li><li>Deuschle, K., Okumoto, S., Fehr, M., Looger, L. L., Kozhukh, L., Frommer, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+and+optimization+of+a+family+of+genetically+encoded+metabolite+sensors+by+semirational+protein+engineering.">Construction and optimization of a family of genetically encoded metabolite sensors by semirational protein engineering.</a> Protein Sci. 14 (9), 2304-2314 (2005).</li><li>Wong, D. C. F., Wong, N. S. C., Goh, J. S. Y., May, L. M., Yap, M. G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Profiling+of+N-Glycosylation+gene+expression+in+CHO+cell+Fed-batch+cultures.">Profiling of N-Glycosylation gene expression in CHO cell Fed-batch cultures.</a> Biotechnol. Bioeng. 107 (2), 516-528 (2010).</li><li>Behjousiar, A., Kontoravdi, C., Polizzi, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Monitoring+of+Intracellular+Glucose+and+Glutamine+in+CHO+Cell+Culture.">In Situ Monitoring of Intracellular Glucose and Glutamine in CHO Cell Culture.</a> PLoS One. 7, (2012).</li><li>Dwyer, M. A., Hellinga, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Periplasmic+binding+proteins:+a+versatile+superfamily+for+protein+engineering.">Periplasmic binding proteins: a versatile superfamily for protein engineering.</a> Curr. Opin. Struct. Biol. 14 (4), 495-504 (2004).</li></ol>

Le FIBS permettono in vivo e in situ quantificazione di molecole chiave, in questo caso nutrienti crescita limitativo, eliminando incertezze derivanti da tempra e metodi di estrazione. I risultati suggeriscono che vi è una buona correlazione tra il segnale FIBS e le concentrazioni intracellulari nell&#39;intervallo 1-5 mM di glucosio e 0,3-2 mM di glutammina. Nel lotto coltura cellulare CHO, queste concentrazioni si incontrano nelle fasi di declino esponenziale, stazionarie, e le prime. Le fasi espone...

Monitoraggio metabolita ha varie applicazioni in bioprocessi, compreso lo sviluppo di processo, media e il design dei mangimi, e l&#39;ingegneria metabolica. Vari metodi sono disponibili per le misure di concentrazione attraverso l&#39;uso di 1 enzimatica, chimico 2, o saggi di legame 3. Un&#39;opzione interessante è l&#39;uso di fluorescente, sensori biologici in vivo come reporter della concentrazione intracellulare di metaboliti principali a base di proteine. In saggi ultra-basso volume, fluorescenza è uno strumento utile come miniaturizzazione migliora anche il rapporto 4,5 segnale-rumore e sensori a base di proteine ​​può essere geneticamente codificato senso che non reagenti esogeni sono necessari per l&#39;analisi metabolita. Trasferimento Förster Resonance Energy (FRET) biosensori costituiti da due proteine ​​fluorescenti collegati da un dominio di legame al ligando. FRET è un trasferimento nonradiative di energia da un donatore foto-eccitati per un accettore fluorescente molecola Locat<html> Ed in prossimità (&lt;100). Ligando clivaggio o vincolante provoca un cambiamento conformazionale nel sensore, che, a sua volta, induce un cambiamento in prossimità dei fluorofori, portando ad un cambiamento di efficienza FRET misurata dalla variazione dello spettro di emissione. Sensori biologici FRET integrati (FIBS) sono costitutivamente prodotte all&#39;interno della linea cellulare e le loro caratteristiche spettrali variare in funzione della concentrazione del metabolita all&#39;interno della cellula. FIBS hanno tempi di risposta veloci che li rende ideali per prendere le misure per i modelli dinamici 6. Applicazioni precedenti includono il monitoraggio singole 7-9 e più di 10 metaboliti e fornendo dati sulla distribuzione spazio-temporale 11. FIBS possono essere creati in due configurazioni: Apo-Max, dove legame del ligando interrompe la vicinanza dei fluorofori abbassamento trasferimento di energia e Apo-Min, dove legame ligando porta i due fluorofori in più stretto contatto (Figura 1). _content &quot;&gt; In questo lavoro, un protocollo è presentato per la costruzione di ovaio di criceto cinese (CHO) linee cellulari che esprimono costitutivamente un FIBS per un metabolita, glucosio o glutammina. Una metodologia è stabilito per la calibrazione del sensore in vivo per abilitare futuro quantitativa misure di concentrazione metabolita intracellulare, come illustrato nella figura 2. Sulla base di questo, la concentrazione intracellulare di glucosio o glutammina può essere determinato in fed-batch colture di cellule CHO, a cui i due nutrienti sono stati aggiunti in alte concentrazioni in-process. I risultati dimostrano che utilizzando il segnale fluorescente dalle FIBS e la curva di taratura precedentemente costruita, accuratamente previsione della concentrazione intracellulare è possibile, come confermato mediante saggio enzimatico indipendente. Questo metodo offre notevoli vantaggi rispetto alle attuali tecnologie analitiche perché è invasiva, a basso costo e veloce, dando un segnale in tempo reale dei FIBS che possono essere monitored tutta la cultura.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="936">
	<colgroup>
		<col />
		<col span="2" />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:239px;">CHO-S Cells</td>
			<td style="width:120px;">Life Tecnologies</td>
			<td style="width:120px;">11619-012</td>
			<td style="width:459px;">Cell line will vary depending on the goals of the study</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:239px;">pCDNA4/TO vector&#160;</td>
			<td style="width:120px;">Life Tecnologies</td>
			<td style="width:120px;"></td>
			<td style="width:459px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">TransIT-PRO Transfection Reagent</td>
			<td style="width:120px;">Mirus Bio</td>
			<td style="width:120px;">MIR 5700</td>
			<td style="width:459px;">Transfections can be accomplished using any method suitable for the cell line under study</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:239px;">Zeocin</td>
			<td style="width:120px;">Invivogen</td>
			<td style="width:120px;"></td>
			<td style="width:459px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">CD-CHO medium</td>
			<td style="width:120px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:120px;">10743-011</td>
			<td style="width:459px;">Cell growth medium is dependent upon the cells under study</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">100X HT Supplement</td>
			<td style="width:120px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:120px;">11067-030</td>
			<td style="width:459px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">L-Glutamine 200 mM (100X), Liquid</td>
			<td style="width:120px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:120px;">25030032</td>
			<td style="width:459px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">InfinitePRO 200 plate reader</td>
			<td style="width:120px;">Tecan</td>
			<td style="width:120px;">FLx800TBI</td>
			<td style="width:459px;">Any 96-well fluorescence plate reader that can access the required wavelengths can be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="190" rowspan="6" style="height:190px;width:239px;">Filters for plate reader</td>
			<td rowspan="6" style="width:120px;">Tecan</td>
			<td align="right" style="width:120px;">30000463</td>
			<td rowspan="6" style="width:459px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:120px;">(520NM BW 10NM)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="right" height="21" style="height:21px;width:120px;">30022786</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:120px;">(430NM BW 35NM)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="right" height="21" style="height:21px;width:120px;">30022787</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:120px;">(465NM BW 35NM)</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:239px;">Maxiprep Plasmid Purification Kit</td>
			<td style="width:120px;">Qiagen</td>
			<td style="width:120px;">12163</td>
			<td style="width:459px;">Any suitable kit can be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">Amplex Red glucose/glucose oxidase assay kit</td>
			<td style="width:120px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:120px;">A22189</td>
			<td style="width:459px;">Any suitable kit can be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">EnzyChrom&#160; Glutamine Assay Kit</td>
			<td style="width:120px;">BioAssay systems</td>
			<td style="width:120px;">EOAC-100</td>
			<td style="width:459px;">Any suitable kit can be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:239px;">Improved Neubauer haemocytometer</td>
			<td style="width:120px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:120px;">MNK-420-010N</td>
			<td style="width:459px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:239px;">Incubator&#160;</td>
			<td style="width:120px;">Nuaire</td>
			<td style="width:120px;">NU-5510E</td>
			<td style="width:459px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fibs-enabled noninvasive metabolic profiling

Nell&#39;era della biologia computazionale, i nuovi sistemi sperimentali ad alto rendimento sono necessarie per compilare e perfezionare i modelli in modo che possano essere convalidati a fini predittivi. Idealmente tali sistemi sarebbero basso volume, che preclude campionamento e analisi distruttive quando i dati del corso tempo si vogliono ottenere. Ciò che occorre è un strumento di monitoraggio in situ che possono comunicare le informazioni necessarie in tempo reale e in maniera non invasiva. Un&#39;opzione interessante è l&#39;uso di fluorescente, sensori biologici in vivo segnalanti concentrazioni intracellulari base di proteine. Una classe particolare di biosensori in vivo che ha trovato applicazioni in metabolita quantificazione si riferiscono al trasferimento Förster Resonance Energy (FRET) tra due proteine ​​fluorescenti collegati da un dominio di legame al ligando. FRET sensori biologici integrati (FIBS) sono costitutivamente prodotte all&#39;interno della linea cellulare, hanno tempi di risposta veloci e il loro cha spettralestiche variare in funzione della concentrazione del metabolita all&#39;interno della cellula. In questo documento, il metodo per la costruzione di ovaio di criceto cinese (CHO) linee cellulari che esprimono costitutivamente un FIBS per il glucosio e glutammina e calibrare le FIBS in vivo in coltura cellulare in batch per consentire futuro quantificazione della concentrazione di metabolita intracellulare è descritto. I dati di fed-batch colture di cellule CHO dimostra che i FIBS è stato in grado in ogni caso a rilevare il conseguente cambiamento della concentrazione intracellulare. Utilizzando il segnale fluorescente dalle FIBS e la curva di taratura precedentemente costruita, la concentrazione intracellulare è stata determinata con precisione come confermato mediante saggio enzimatico indipendente.

Una panoramica della metodologia è presentato in Figura 2. Nel lavoro qui presentato, cellule CHO sono state transfettate con il vettore FIBS e linee cellulari stabili sono stati selezionati con una pressione antibiotico di 400 mcg / ml Zeocin. Due linee separate cellulari stabili esprimenti costitutivamente i sensori di glucosio e glutammina sono stati quindi creati. Figura 1 illustra le configurazioni delle due biosensori utilizzati in questo studio. Il sensore di glucosio si basa su...

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FIBS-enabled Noninvasive Metabolic Profiling

Una descrizione di come calibrare trasferimento Förster Resonance Energy sensori biologici integrati (FIBS) per in situ profilo metabolico è presentato. Le FIBS possono essere utilizzati per misurare i livelli intracellulari di metaboliti non invasivo aiutando nello sviluppo di modelli metabolici e high throughput screening delle condizioni bioprocesso.

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