Name: using tomoauto: a protocol for high-throughput automated cryo-electron tomography
Uploaded: 2016-01-30T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Tomoauto: A Protocol for High-throughput Automated Cryo-electron Tomography at JoVE.com

Vi tackar Dr William Margolin för kommentarer. Vi är tacksamma för stödet på SerialEM från Drs. David Mastronarde och Chen Xu. DM, BH och JL stöddes av Grant R01AI087946 från National Institute of Allergy och infektionssjukdomar, Grants R01GM110243 och R01GM107629 från National Institute of General medicinska vetenskaper (NIGMS), och Grant AU-1714 från Welch Foundation. Den direkta elektrondetektor har finansierats av National Institutes of Health Award S10OD016279.

1. Minicell Framställning <ol><li> För att göra S. flexneri miniceller, transformera 1 l av plasmiden pBS58, som konstitutivt uttrycker Escherichia coli-cell division gener ftsQ, ftsA och ftsZ från en låg-kopia spektinomycin-resistent plasmid i fem pl elektrokompetent streptomycin-resistent serotyp 5a (M90T-Sm) celler genom elektroporation vid 2,5 kV under 5 ms i 1 mm kyvetter. </li><li> Förvara Minicell proverna vid -80 ° C i 15% glycerol i en 1,5 ml kryogenisk mikrorör. N?...

<ol>
	<li>Cornelis, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+type+III+secretion+injectisome.">The type III secretion injectisome.</a> Nat. Rev. Microbiol. 4 (11), 811-825 (2006).</li><li>Galan, J. E., Wolf-Watz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+delivery+into+eukaryotic+cells+by+type+III+secretion+machines.">Protein delivery into eukaryotic cells by type III secretion machines.</a> Nature. 444 (7119), 567-573 (2006).</li><li>Kubori, 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=Supramolecular+structure+of+the+Salmonella+typhimurium+type+III+protein+secretion+system.">Supramolecular structure of the Salmonella typhimurium type III protein secretion system.</a> Science. 280 (5363), 602-605 (1998).</li><li>Schraidt, O., Marlovits, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+model+of+Salmonella's+needle+complex+at+subnanometer+resolution.">Three-dimensional model of Salmonella's needle complex at subnanometer resolution.</a> Science. 331 (6021), 1192-1195 (2011).</li><li>Hodgkinson, J. 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=Three-dimensional+reconstruction+of+the+Shigella+T3SS+transmembrane+regions+reveals+12-fold+symmetry+and+novel+features+throughout.">Three-dimensional reconstruction of the Shigella T3SS transmembrane regions reveals 12-fold symmetry and novel features throughout.</a> Nat. Struct. Mol. Biol. 16 (5), 477-485 (2009).</li><li>Kudryashev, 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=In+situ+structural+analysis+of+the+Yersinia+enterocolitica+injectisome.">In situ structural analysis of the Yersinia enterocolitica injectisome.</a> eLife. 2, e00792 (2013).</li><li>Kawamoto, A., 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=Common+and+distinct+structural+features+of+Salmonella+injectisome+and+flagellar+basal+body.">Common and distinct structural features of Salmonella injectisome and flagellar basal body.</a> Scientific Reports. 3, 3369-3369 (2013).</li><li>Briggs, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+biology+in+situ-the+potential+of+subtomogram+averaging.">Structural biology in situ-the potential of subtomogram averaging.</a> Curr. Opin. Struct. Biol. 23 (2), 261-267 (2013).</li><li>Schur, F. K., Hagen, W. J., de Marco, A., Briggs, J. A. <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+protein+structure+at+8.5&#197;+resolution+using+cryo-electron+tomography+and+sub-tomogram+averaging.">Determination of protein structure at 8.5&#197; resolution using cryo-electron tomography and sub-tomogram averaging.</a> J. Struct. Biol. 184 (3), 394-400 (2013).</li><li>Mastronarde, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+electron+microscope+tomography+using+robust+prediction+of+specimen+movements.">Automated electron microscope tomography using robust prediction of specimen movements.</a> J. Struct. Biol. 152 (1), 36-51 (2005).</li><li>Zheng, S. Q., 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=UCSF+tomography:+an+integrated+software+suite+for+real-time+electron+microscopic+tomographic+data+collection,+alignment+and+reconstruction.">UCSF tomography: an integrated software suite for real-time electron microscopic tomographic data collection, alignment and reconstruction.</a> J. Struct. Biol. 157 (1), 138-147 (2007).</li><li>Suloway, C., 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=Fully+automated,+sequential+tilt-series+acquisition+with+Leginon.">Fully automated, sequential tilt-series acquisition with Leginon.</a> J. Struct. Biol. 167 (1), 11-18 (2009).</li><li>Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, 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=Computer+visualization+of+three-dimensional+image+data+using+IMOD.">Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD.</a> J. Struct. Biol. 116 (1), 71-76 (1996).</li><li>Winkler, H., Taylor, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+marker-free+alignment+with+simultaneous+geometry+determination+and+reconstruction+of+tilt-series+in+electron+tomography.">Accurate marker-free alignment with simultaneous geometry determination and reconstruction of tilt-series in electron tomography.</a> Ultramicroscopy. 106 (3), 240-254 (2006).</li><li>Winkler, H., Zhu, P., Liu, J., Ye, F., Roux, K. H., Taylor, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomographic+subvolume+alignment+and+classification+applied+to+myosin+V+and+SIV+envelope+spikes.">Tomographic subvolume alignment and classification applied to myosin V and SIV envelope spikes.</a> J. Struct. Biol. 165 (2), 64-77 (2009).</li><li>Nicastro, D., Schwartz, C. L., Pierson, J., Gaudette, R., Porter, M. E., McIntosh, 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=The+Molecular+Architecture+of+Axonemes+Revealed+by+Cryoelectron+Tomography.">The Molecular Architecture of Axonemes Revealed by Cryoelectron Tomography.</a> Science. 313 (5789), 944-948 (2006).</li><li>Casta&#241;o-D&#237;ez, D., Kudryashev, M., Arheit, M., Stahlberg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamo:+a+flexible,+user-friendly+development+tool+for+subtomogram+averaging+of+cryo-EM+data+in+high-performance+computing+environments.">Dynamo: a flexible, user-friendly development tool for subtomogram averaging of cryo-EM data in high-performance computing environments.</a> J. Struct. Biol. 178 (2), 139-151 (2012).</li><li>Hrabe, T., Chen, Y., Pfeffer, S., Cuellar, L. K., Mangold, A. V., F&#246;rster, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PyTom:+a+python-based+toolbox+for+localization+of+macromolecules+in+cryo-electron+tomograms+and+subtomogram+analysis.">PyTom: a python-based toolbox for localization of macromolecules in cryo-electron tomograms and subtomogram analysis.</a> J. Struct. Biol. 178 (2), 177-188 (2012).</li><li>Hu, B., 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=Visualization+of+the+type+III+secretion+sorting+platform+of+Shigella+flexneri.">Visualization of the type III secretion sorting platform of Shigella flexneri.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 112 (4), 1047-1052 (2015).</li><li>Iancu, C. V., 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=Electron+cryotomography+sample+preparation+using+the+Vitrobot.">Electron cryotomography sample preparation using the Vitrobot.</a> Nat. Protoc. 1 (6), 2813-2819 (2007).</li><li>Chen, 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=Electron+Cryoelectrontomography+of+Bacterial+Cells.">Electron Cryoelectrontomography of Bacterial Cells.</a> J. Vis. Exp. (39), e1943 (2010).</li><li>Li, X., 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=Electron+counting+and+beam-induced+motion+correction+enable+near-atomic-resolution+single-particle+cryo-EM.">Electron counting and beam-induced motion correction enable near-atomic-resolution single-particle cryo-EM.</a> Nat. Methods. 10 (6), 584-590 (2013).</li><li>Xiong, Q., Morphew, M. K., Schwartz, C. L., Hoenger, A. H., Mastronarde, 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=CTF+determination+and+correction+for+low+dose+tomographic+tilt+series.">CTF determination and correction for low dose tomographic tilt series.</a> J. Struct. Biol. 168 (3), 378-387 (2009).</li><li>Amat, F., Moussavi, F., Comolli, L. R., Elidan, G., Downing, K. H., Horowitz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Markov+random+field+based+automatic+image+alignment+for+electron+tomography.">Markov random field based automatic image alignment for electron tomography.</a> J. Struct. Biol. 161 (3), 260-275 (2008).</li><li>Rouhou, A., Grigorieff, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CTFFIND4:+Fast+and+accurate+defocus+estimation+from+electron+micrographs.">CTFFIND4: Fast and accurate defocus estimation from electron micrographs.</a> bioRxiv. , (2015).</li><li>Agulleiro, J. I., Fernandez, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomo3D+2.0+&#8211;+Exploitation+of+Advanced+Vector+eXtensions+(AVX)+for+3D+reconstruction.">Tomo3D 2.0 &#8211; Exploitation of Advanced Vector eXtensions (AVX) for 3D reconstruction.</a> J. Struct. Biol. 189 (2), 147-152 (2015).</li><li>Zhao, X., Zhang, K., Boquoi, T., Hu, B., Motaleb, M. A., Miller, K., James, M., Charon, N. W., Manon, M. D., Norris, S. J., Li, C., Liu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryo-Electron+Tomography+Reveals+the+Sequential+Assembly+of+Bacterial+Flagella+in+Borrelia+burgdorferi.">Cryo-Electron Tomography Reveals the Sequential Assembly of Bacterial Flagella in Borrelia burgdorferi.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (35), 14390-14395 (2013).</li><li>Hu, B., Margolin, W., Molineux, I. J., Liu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Bacteriophage+T7+Virion+Undergoes+Extensive+Structural+Remodeling+during+infection.">The Bacteriophage T7 Virion Undergoes Extensive Structural Remodeling during infection.</a> Science. 339 (6119), 576-579 (2013).</li><li>Liu, J., Hu, B., Morado, D. R., Jani, S., Manson, M. D., Margolin, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=W:+Molecular+architecture+of+chemoreceptor+arrays+revealed+by+cryoelectron+tomography+of+Escherichia+coli+minicells.">W: Molecular architecture of chemoreceptor arrays revealed by cryoelectron tomography of Escherichia coli minicells.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 109 (23), e1481-e1488 (2012).</li><li>Russo, C. J., Passmore, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+microscopy:+Ultrastable+gold+substrates+for+electron+cryomicroscopy.">Electron microscopy: Ultrastable gold substrates for electron cryomicroscopy.</a> Science. 346 (6215), 1377-1380 (2014).</li></ol>

Den höga genomströmning metod som beskrivs här möjligt för oss att bearbeta 1917 Cryo tilt-serien och producera mer än 4500 under tomogram av intakta S. flexneri injectisome 19. De insamlade uppgifterna ledde till detaljerad beskrivning av in situ injectisome, inklusive cytoplasma sorterings komplexet. Metoden användes också för att visualisera flera mutantceller med specifik deletion av förmodade proteinkomponenter, som hjälpte belysa sammansättningen av sorterings plat...

Typ III-sekretionssystem (T3SS) är viktiga virulensdeterminanter för många gramnegativa patogener. Den injectisome, även känd som nålen komplexa, är den centrala T3SS maskinkod som erfordras för direkt translokation av effektorproteiner från bakterien i eukaryota värdceller 1, 2. Den injectisome innefattar en extracellulär nål, en basal kropp och en cytoplasmisk komplex också känd som sorterings komplex 3. Tidigare studier har klar 3-D strukturer av renade injectisomes från Salmonella och Shigella, tillsammans med atom strukturer av stora basala kroppsproteiner 4, 5. Senaste in situ strukturer av injectisomes från Salmonella, Shigella och Yersinia avslöjades av Cryo-ET 6 7. Den cytoplasmatiska komplexa, viktigt för effektor urval och nålenhet, inte har visualiseras i dessa strukturer. Cryo-ET är most lämplig teknik för att avbilda molekylära maskineriet på nanometerupplösning inom dess naturliga cellulära sammanhang (in situ). Ändå är uppnåeliga upplösningen av Cryo-ET begränsas av provtjocklek. För att övervinna nackdelen, avbildas vi intakta injectisomes i en virulent Shigella flexneri stam som var genetiskt modifierad att producera miniceller tunna nog för Cryo-ET. En annan begränsning hos kryo-ET är känsligheten hos provet för strålningen som induceras av elektronstrålen, vilket mycket snabbt förstör den högupplösta informationen i provet. Som ett resultat, är extremt låga doser som används för enskilda tilt-bilder så att en lämplig dos kan fördelas mellan full tilt-serien. Detta sänker kraftigt signal-brusförhållande (SNR) i den slutliga återuppbyggnaden, vilket gör det svårt att skilja de strukturella drag i ämnet från den stora mängden brus i tomogram och begränsar den resolution som kan åstadkommas genom cryo- ET. ConventiOnal bildbehandling såsom Fourier-och verkliga rymdfilter samt ned provtagning kan användas för att öka kontrasten, men på bekostnad av att filtrera bort mycket av informationen med hög upplösning. Nyligen har under tomogram genomsnitt gjort det möjligt att kraftigt öka SNR och därefter den slutliga resolutionen i vissa fall till sub-nanometer nivå 8, 9. En mer detaljerad analys av komplex möjliggörs genom beräknings extrahera tusentals under tomogram innehåller intresseområden från de ursprungliga tomogram och sedan inriktnings och genomsnitt under tomogram att avgöra in situ komplexa strukturer med högre SNR och högre upplösning. Dessa metoder kan integreras med genetiska metoder för att ge ännu större insikt i makromolekylära församlingar och deras dynamiska konformationer i den nativa cellulära sammanhanget. I allmänhet, tiotals eller hundratals tusen under tomogram måste genomsnitt för att fastställa höga-resolution strukturer in situ. Förvärvet av ett tillräckligt antal tilt-serien som behövs för att producera denna mängd under tomogram blir snabbt en flaskhals. Den resulterande tilt-serien ofta drabbas av balk inducerad skift, scen motreaktion, liksom förstoring, rotation och skeva brister, som måste lösas för att få tilt-serien i linje före återuppbyggnad. Lutnings serien typiskt linje med spårning guld referensmarkörer, som traditionellt väljs manuellt genom inspektion av tilt-serien, som orsakar ytterligare en flaskhals. Många programvarupaket har utvecklats för automatiserad tilt-serien förvärv genom datorstyrda elektronmikroskop 10, 11, 12, tilt-serien anpassning och återuppbyggnad 13, 14 och sub-tomogram genomsnitt 15-18. Eftersom dessa paket hanterar diskreta verksamhet i arbetsflödet för Cryo-ET, blir det önskvärt att bygga en högre abstraktionsnivå i processen till systemaiskt effektivisera hela systemet i en enda pipeline. Därför har vi utvecklat en programvara omslag bibliotek &quot;tomoauto&quot; för att organisera ett antal av dessa paket till en enda halvautomatisk enhet, vilket möjliggör enkelt användargränssnitt drift medan fullständig konfiguration av varje komponent upprätthålla ett centraliserat sätt. Biblioteket är öppen källkod, väl dokumenterade, utvecklas kontinuerligt och fritt tillgängliga för användning, skräddarsydd utveckling eller ytterligare integration med hjälp av en online fjärrkällkoden slutförvar (http://github.com/DustinMorado/tomoauto). Denna hög genomströmning Cryo-ET rörledningen har använts för att visualisera intakta injectisomes i S. flexneri miniceller. Totalt 1.917 tomogram genererades med användning av denna metod, avslöjar en hög upplösning in situ struktur intakt maskin innefattar den cytoplasmatiska sorterings plattformen bestäms av under tomogram averaging 19. Tillsammans med molekylär modellering av vild-typ och mutant maskiner, ger vår hög genomströmning pipeline en ny väg för att förstå strukturen och funktionen hos den intakta injectisome i det ursprungliga cellulära sammanhanget.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="651">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Glycerol</td>
			<td style="width:211px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:116px;">G9012</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Tyrptic Soy Broth</td>
			<td style="width:211px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:116px;">22092</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Spectinomycin</td>
			<td style="width:211px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:116px;">S0692</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Electroporation Apparatus</td>
			<td style="width:211px;">Bio-rad</td>
			<td>165-2100</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">1 mm Cuvette</td>
			<td style="width:211px;">BTX</td>
			<td>45-0124</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">1.5 mL Cryogenic Tube</td>
			<td style="width:211px;">Thermoscientific</td>
			<td>5000-1020</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">1.5 mL Microcentrifuge Tube</td>
			<td style="width:211px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z336769</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:160px;">Holey Carbon Grids</td>
			<td style="width:211px;">Quantifoil 
			(Electron Microscopy Sciences)</td>
			<td style="width:116px;">Q2100CR2</td>
			<td style="width:164px;">R2/2 200 Cu</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Glow Discharge Device</td>
			<td style="width:211px;">In-House</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">Commercial Alternative Available</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Vacuum Desiccator</td>
			<td style="width:211px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:116px;">Z119016&#160;</td>
			<td style="width:164px;">Used in In-House Glow Discharge Device</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:160px;">High-Frequency Generator</td>
			<td style="width:211px;">Electro-Technic Products</td>
			<td style="width:116px;">BD-10A</td>
			<td style="width:164px;">Used in In-House Glow Discharge Device.&#160; CAUTION: This device generates high voltages.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:211px;"></td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:160px;">Forceps</td>
			<td style="width:211px;">Dumont 
			(Electron Microscopy Sciences)</td>
			<td style="width:116px;">72705-D</td>
			<td style="width:164px;">Style 5 Anti-magnetic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Colliodal Gold</td>
			<td style="width:211px;">Aurion</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">BSA 10nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Filter Paper</td>
			<td style="width:211px;">Whatman</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">#2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Ethane&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Matheson Tri-Gas</td>
			<td style="width:116px;">UN1035</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Nitrogen</td>
			<td style="width:211px;">Matheson Tri-Gas</td>
			<td style="width:116px;">UN1977</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Plunger Device</td>
			<td style="width:211px;">In-House</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">Commercial Alternative Available</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Cryogenic Grid Storage Box</td>
			<td style="width:211px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:116px;">71166-30</td>
			<td style="width:164px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Transmission Electron Microscope</td>
			<td style="width:211px;">FEI</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">Tecnai Polara F30 
			(300 KeV)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Direct Detection Device Camera</td>
			<td style="width:211px;">Gatan</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">K2 Summit</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:160px;">Tomogram Acquisiton Software</td>
			<td style="width:211px;">SerialEM</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">http://bio3d.colorado.eud/SerialEM Alternatives: UCSF Tomography, Leginon, FEI Batch Tomography</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:160px;">Beam-induced Motion Correction Software</td>
			<td style="width:211px;">MOTIONCORR</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">http://cryoem.ucsf.edu/software/driftcorr.html Requires &#62;2GB Nvidia GPU</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:160px;">Tilt-Series Alignment Software</td>
			<td style="width:211px;">IMOD</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">http://bio3d.colorado.edu/IMOD Alternatives: XMIPP, Protomo</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:160px;">Automatic Fiducial Marker Modelling Software</td>
			<td style="width:211px;">IMOD</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">Alternatives: RAPTOR (Included in IMOD0 
			(Usable in tomoauto)</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:160px;">CTF Determination Software</td>
			<td style="width:211px;">IMOD</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">Alternatives: CTFFIND http://grigoriefflab.janelia.org/ctf 
			(Usable in tomoauto)</td>
		</tr>
		<tr height="147">
			<td height="147" style="height:147px;width:160px;">Tilt-Series Reconstruction Software</td>
			<td style="width:211px;">tomo3d</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">https://sites.google.com/site/3demimageprocessing/tomo3d Alternatives: IMOD, XMIPP http://xmipp.cnb.csic.es , Protomo</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Tilt-Series Automated Processing Software</td>
			<td style="width:211px;">tomoauto</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">https://github.com/DustinMorado/tomoauto</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:160px;">Particle Picking Software</td>
			<td style="width:211px;">i3</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">http://www.electrontomography.org Alternatives: IMOD</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:160px;">Subvolume Averaging Software</td>
			<td style="width:211px;">i3</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:164px;">Alternatives: PEET http://bio3d.colorado.edu/PEET, Dynamo https://dynamo.bioz.unibas.ch , PyTom http://pytom.org</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using tomoauto: a protocol for high-throughput automated cryo-electron tomography

Cryo-electron tomography (Cryo-ET) is a powerful three-dimensional (3-D) imaging technique for visualizing macromolecular complexes in their native context at a molecular level. The technique involves initially preserving the sample in its native state by rapidly freezing the specimen in vitreous ice, then collecting a series of micrographs from different angles at high magnification, and finally computationally reconstructing a 3-D density map. The frozen-hydrated specimen is extremely sensitive to the electron beam and so micrographs are collected at very low electron doses to limit the radiation damage. As a result, the raw cryo-tomogram has a very low signal to noise ratio characterized by an intrinsically noisy image. To better visualize subjects of interest, conventional imaging analysis and sub-tomogram averaging in which sub-tomograms of the subject are extracted from the initial tomogram and aligned and averaged are utilized to improve both contrast and resolution. Large datasets of tilt-series are essential to understanding and resolving the complexes at different states, conditions, or mutations as well as obtaining a large enough collection of sub-tomograms for averaging and classification. Collecting and processing this data can be a major obstacle preventing further analysis. Here we describe a high-throughput cryo-ET protocol based on a computer-controlled 300kV cryo-electron microscope, a direct detection device (DDD) camera and a highly effective, semi-automated image-processing pipeline software wrapper library tomoauto developed in-house. This protocol has been effectively utilized to visualize the intact type III secretion system (T3SS) in Shigella flexneri minicells. It can be applicable to any project suitable for cryo-ET.

Prover av miniceller S. flexneri uppsamlades och bearbetades såsom visat i den schematiska fig 1 med användning tomoauto följa rörledningen i detalj i figur 2. Tilt-serien samlades med hjälp av SerialEM 10, vilket möjliggör hög genomströmning tilt-serien förvärv vid punkter som utsetts av användaren på låg förstoring montage kartor (Figur 3). Mikrofotografier uppsamlades med användni...

Watch this Scientific Journal Video about Using Tomoauto: A Protocol for High-throughput Automated Cryo-electron Tomography at JoVE.com

Using Tomoauto: A Protocol for High-throughput Automated Cryo-electron Tomography

Vi presenterar ett protokoll om hur man använder hög genomströmning Cryo-elektron tomografi att bestämma hög upplösning in situ strukturer av molekylära maskiner. Protokollet tillåter stora mängder data som ska behandlas, undviker vanliga flaskhalsar och minskar resursdriftstopp, så att användaren kan fokusera på viktiga biologiska frågor.

Använda Tomoauto: Ett protokoll för hög kapacitet Automatiserad Cryo-elektron Tomography

Cryo-electron tomography (Cryo-ET) is a powerful three-dimensional (3-D) imaging technique for visualizing macromolecular complexes in their native ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

Polymer Microarrays för hög genomströmning Upptäckt av Biomaterial

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

High-throughput Protein Expression Generator Using a Microfluidic Platform

Hög genomströmning Protein Expression Generator Med en mikroflödessystem plattform

Rapidly increasing fields, such as systems biology, require the development and implementation of new technologies, enabling high-throughput and ...

High-throughput, Automated Extraction of DNA and RNA from Clinical Samples using TruTip Technology on Common Liquid Handling Robots

Hög genomströmning, automatiserat rena fram DNA och RNA från kliniska prover med TruTip Technology om gemensamma Vätskehantering Robotar

TruTip is a simple nucleic acid extraction  technology whereby a porous, monolithic binding matrix is inserted into a  pipette tip. The geometry of the ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

En mikroflödessystem plattform för hög genomströmning Single-cell isolering och kultur

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film

Automatiserad lipidbiskiktmembranet bildning med användning av en Polydimetylsiloxan Thin Film

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for ...

High-throughput Identification of Bacteria Repellent Polymers for Medical Devices

Hög genomströmning identifiering av bakterier Repellent Polymers för medicintekniska produkter

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as ...

Generic Protocol for Optimization of Heterologous Protein Production Using Automated Microbioreactor Technology

Generiskt protokoll för optimering av heterologa proteinproduktion med hjälp av automatiserad Microbioreactor teknik

A core business in industrial biotechnology using microbial production cell factories is the iterative process of strain engineering and optimization of ...

Use of High-Throughput Automated Microbioreactor System for Production of Model IgG1 in CHO Cells

Användning av High-Throughput automatiserat Microbioreactor System för produktion av modell IgG1 i CHO-celler

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of ...

Process Optimization using High Throughput Automated Micro-Bioreactors in Chinese Hamster Ovary Cell Cultivation

Processoptimering med hög genomströmning Automatiserad Mikro-Bioreaktorer i kinesisk hamster äggstockscellodling

Optimization of bioprocesses to increase the yield of desired products is of importance in the biopharmaceutical industry. This can be achieved by strain ...

High-Throughput Identification of Resistance to Pseudomonas syringae pv. Tomato in Tomato using Seedling Flood Assay

High-Throughput Identification of Resistance to Pseudomonas syringae pv. Tomato in Tomato using Seedling Flood Assay

Hög genomströmning Identifiering av resistens mot Pseudomonas syringae pv. Tomat i tomat med plantning Flood Assay

Tomato is an agronomically important crop that can be infected by Pseudomonas syringae, a Gram-negative bacterium, resulting in bacterial speck disease. ...