Name: monitoring extracellular ph in cross-kingdom biofilms using confocal microscopy
Uploaded: 2020-01-30T14:00:00
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アネット・アクジャル・トムセンとハビエル・E・ガルシアは、優れた技術サポートを受けています。著者らは、画像解析に関する実りある議論に対するルーベンス・スピン・ネトに感謝している。

唾液採取の議定書はオーフス郡の倫理委員会(M-20100032)によって審査され承認された。
1. クロスキングダムバイオフィルムの栽培
<ol><li>有酸素条件下で37 °Cの血の寒天の版のS.ミュータンDSM 20523およびC.アルビカンスNCPF 3179を成長させる。</li>
	<li>脳心臓注入(BHI)の5 mLで満たされた試験管に各生物の単一コロニーを移管する。37 °Cで好気条件下で18時間成長し?...

<ol>
	<li>Siqueira, J. F., Sen, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fungi+in+endodontic+infections.">Fungi in endodontic infections.</a> Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology, and Endodontics. 97 (5), 632-641 (2004).</li><li>Matic Petrovic, 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=Subgingival+areas+as+potential+reservoirs+of+different+Candida+spp+in+type+2+diabetes+patients+and+healthy+subjects.">Subgingival areas as potential reservoirs of different Candida spp in type 2 diabetes patients and healthy subjects.</a> PloS One. 14 (1), 0210527 (2019).</li><li>De-La-Torre, J., 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=Oral+Candida+colonization+in+patients+with+chronic+periodontitis.+Is+there+any+relationship.">Oral Candida colonization in patients with chronic periodontitis. Is there any relationship.</a> Revista Iberoamericana De Micologia. 35 (3), 134-139 (2018).</li><li>Xu, H., 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=Streptococcal+co-infection+augments+Candida+pathogenicity+by+amplifying+the+mucosal+inflammatory+response.">Streptococcal co-infection augments Candida pathogenicity by amplifying the mucosal inflammatory response.</a> Cellular Microbiology. 16 (2), 214-231 (2014).</li><li>Xu, H., Sobue, T., Bertolini, M., Thompson, A., Dongari-Bagtzoglou, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Streptococcus+oralis+and+Candida+albicans+Synergistically+Activate+&#956;-Calpain+to+Degrade+E-cadherin+From+Oral+Epithelial+Junctions.">Streptococcus oralis and Candida albicans Synergistically Activate &#956;-Calpain to Degrade E-cadherin From Oral Epithelial Junctions.</a> The Journal of Infectious Diseases. 214 (6), 925-934 (2016).</li><li>Dongari-Bagtzoglou, A., Kashleva, H., Dwivedi, P., Diaz, P., Vasilakos, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+mucosal+Candida+albicans+biofilms.">Characterization of mucosal Candida albicans biofilms.</a> PloS One. 4 (11), 7967 (2009).</li><li>Diaz, P. I., 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=Synergistic+interaction+between+Candida+albicans+and+commensal+oral+streptococci+in+a+novel+in+vitro+mucosal+model.">Synergistic interaction between Candida albicans and commensal oral streptococci in a novel in vitro mucosal model.</a> Infection and Immunity. 80 (2), 620-632 (2012).</li><li>Xiao, J., 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=Candida+albicans+and+Early+Childhood+Caries:+A+Systematic+Review+and+Meta-Analysis.">Candida albicans and Early Childhood Caries: A Systematic Review and Meta-Analysis.</a> Caries Research. 52 (1-2), 102-112 (2018).</li><li>Falsetta, M. 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=Symbiotic+relationship+between+Streptococcus+mutans+and+Candida+albicans+synergizes+virulence+of+plaque+biofilms+in+vivo.">Symbiotic relationship between Streptococcus mutans and Candida albicans synergizes virulence of plaque biofilms in vivo.</a> Infection and Immunity. 82 (5), 1968-1981 (2014).</li><li>Hwang, G., 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=Candida+albicans+mannans+mediate+Streptococcus+mutans+exoenzyme+GtfB+binding+to+modulate+cross-kingdom+biofilm+development+in+vivo.">Candida albicans mannans mediate Streptococcus mutans exoenzyme GtfB binding to modulate cross-kingdom biofilm development in vivo.</a> PLoS Pathogens. 13 (6), 1006407 (2017).</li><li>Koo, H., Falsetta, M. L., Klein, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+exopolysaccharide+matrix:+a+virulence+determinant+of+cariogenic+biofilm.">The exopolysaccharide matrix: a virulence determinant of cariogenic biofilm.</a> Journal of Dental Research. 92 (12), 1065-1073 (2013).</li><li>Schlafer, S., Dige, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ratiometric+Imaging+of+Extracellular+pH+in+Dental+Biofilms.">Ratiometric Imaging of Extracellular pH in Dental Biofilms.</a> Journal of Visualized Experiments. (109), 53622 (2016).</li><li>Schlafer, S., Kamp, A., Garcia, J. 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+confocal+microscopy-based+method+to+monitor+extracellular+pH+in+fungal+biofilms.">A confocal microscopy-based method to monitor extracellular pH in fungal biofilms.</a> FEMS Yeast Research. 18 (5), (2018).</li><li>Schlafer, S., B&#230;lum, V., Dige, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+pH-ratiometry+for+the+three-dimensional+mapping+of+pH+microenvironments+in+biofilms+under+flow+conditions.">Improved pH-ratiometry for the three-dimensional mapping of pH microenvironments in biofilms under flow conditions.</a> Journal of Microbiological Methods. 152, 194-200 (2018).</li><li>Hidalgo, G., 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=Functional+tomographic+fluorescence+imaging+of+pH+microenvironments+in+microbial+biofilms+by+use+of+silica+nanoparticle+sensors.">Functional tomographic fluorescence imaging of pH microenvironments in microbial biofilms by use of silica nanoparticle sensors.</a> Applied and Environmental Microbiology. 75 (23), 7426-7435 (2009).</li><li>Vroom, J. 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=Depth+Penetration+and+Detection+of+pH+Gradients+in+Biofilms+by+Two-Photon+Excitation+Microscopy.">Depth Penetration and Detection of pH Gradients in Biofilms by Two-Photon Excitation Microscopy.</a> Applied and Environmental Microbiology. 65, 3502-3511 (1999).</li><li>Lawrence, J. R., Swerhone, G. D. W., Kuhlicke, U., Neu, T. R. <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+evidence+for+metabolic+and+chemical+microdomains+in+the+structured+polymer+matrix+of+bacterial+microcolonies.">In situ evidence for metabolic and chemical microdomains in the structured polymer matrix of bacterial microcolonies.</a> FEMS Microbiology Ecology. 92 (11), (2016).</li><li>Franks, A. 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=Novel+strategy+for+three-dimensional+real-time+imaging+of+microbial+fuel+cell+communities:+monitoring+the+inhibitory+effects+of+proton+accumulation+within+the+anode+biofilm.">Novel strategy for three-dimensional real-time imaging of microbial fuel cell communities: monitoring the inhibitory effects of proton accumulation within the anode biofilm.</a> Energy Environmental Science. 2 (1), 113-119 (2009).</li><li>de Jong, M. H., van der Hoeven, J. S., van OS, J. H., Olijve, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+oral+Streptococcus+species+and+Actinomyces+viscosus+in+human+saliva.">Growth of oral Streptococcus species and Actinomyces viscosus in human saliva.</a> Applied and Environmental Microbiology. 47 (5), 901-904 (1984).</li><li>Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIH+Image+to+ImageJ:+25+years+of+image+analysis.">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).</li><li>Daims, H., L&#252;cker, S., Wagner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Daime,+a+novel+image+analysis+program+for+microbial+ecology+and+biofilm+research.">Daime, a novel image analysis program for microbial ecology and biofilm research.</a> Environmental Microbiology. 8 (2), 200-213 (2006).</li><li>Barbosa, J. O., 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=Streptococcus+mutans+Can+Modulate+Biofilm+Formation+and+Attenuate+the+Virulence+of+Candida+albicans.">Streptococcus mutans Can Modulate Biofilm Formation and Attenuate the Virulence of Candida albicans.</a> PloS One. 11 (3), 0150457 (2016).</li><li>Thein, Z. M., Samaranayake, Y. H., Samaranayake, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+oral+bacteria+on+growth+and+survival+of+Candida+albicans+biofilms.">Effect of oral bacteria on growth and survival of Candida albicans biofilms.</a> Archives of Oral Biology. 51 (8), 672-680 (2006).</li><li>Krzy&#347;ciak, W., 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=Effect+of+a+Lactobacillus+Salivarius+Probiotic+on+a+Double-Species+Streptococcus+Mutans+and+Candida+Albicans+Caries+Biofilm.">Effect of a Lactobacillus Salivarius Probiotic on a Double-Species Streptococcus Mutans and Candida Albicans Caries Biofilm.</a> Nutrients. 9 (11), 1242 (2017).</li><li>Liu, 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=Nicotine+Enhances+Interspecies+Relationship+between+Streptococcus+mutans+and+Candida+albicans.">Nicotine Enhances Interspecies Relationship between Streptococcus mutans and Candida albicans.</a> BioMed Research International. 2017, 7953920 (2017).</li><li>Schlafer, S., Meyer, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+microscopy+imaging+of+the+biofilm+matrix.">Confocal microscopy imaging of the biofilm matrix.</a> Journal of Microbiological Methods. 138, 50-59 (2017).</li><li>Schlafer, 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=Ratiometric+imaging+of+extracellular+pH+in+bacterial+biofilms+with+C-SNARF-4.">Ratiometric imaging of extracellular pH in bacterial biofilms with C-SNARF-4.</a> Applied and Environmental Microbiology. 81 (4), 1267-1273 (2015).</li><li>Ohle, 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=Real-time+microsensor+measurement+of+local+metabolic+activities+in+ex+vivo+dental+biofilms+exposed+to+sucrose+and+treated+with+chlorhexidine.">Real-time microsensor measurement of local metabolic activities in ex vivo dental biofilms exposed to sucrose and treated with chlorhexidine.</a> Applied and Environmental Microbiology. 76 (7), 2326-2334 (2010).</li><li>Schlafer, 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=pH+landscapes+in+a+novel+five-species+model+of+early+dental+biofilm.">pH landscapes in a novel five-species model of early dental biofilm.</a> PloS One. 6 (9), 25299 (2011).</li><li>Divaris, 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=The+Supragingival+Biofilm+in+Early+Childhood+Caries:+Clinical+and+Laboratory+Protocols+and+Bioinformatics+Pipelines+Supporting+Metagenomics,+Metatranscriptomics,+and+Metabolomics+Studies+of+the+Oral+Microbiome.">The Supragingival Biofilm in Early Childhood Caries: Clinical and Laboratory Protocols and Bioinformatics Pipelines Supporting Metagenomics, Metatranscriptomics, and Metabolomics Studies of the Oral Microbiome.</a> Methods in Molecular Biology. 1922, 525-548 (2019).</li><li>Stewart, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mini+review:+convection+around+biofilms.">Mini review: convection around biofilms.</a> Biofouling. 28 (2), 187-198 (2012).</li><li>Stoodley, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilms:+Flow+disrupts+communication.">Biofilms: Flow disrupts communication.</a> Nature Microbiology. 1, 15012 (2016).</li></ol>

C.アルビカンスとストレプトコッカスSppを含むクロスキングダムバイオフィルムの栽培のための異なるプロトコルは、以前に説明されている9、22、23、24、25。しかし、本セットアップでは、単純な成長条件、通常の営業日と互換性のあるタイムスケジ...

真菌種および細菌種の両方を含む界を横断するバイオフィルムは、口腔内のいくつかの病理学的状態に関与している。カンディダ属は、頻繁に歯内感染症1および歯周病変2、3から単離されている。粘膜感染症において、ミツチス群由来のレンサ球菌種は、インビトロモデルおよびマウスモデル4、5、6、7の両方で真菌バイオフィルム形成、組織浸潤、および播種を増強することが示されている。最も興味深いことに、カンディダsppの経口運送は、子供8における齲虫の蔓延に関連することが証明されている。げっ歯類モデルに示すように、レンサ球菌ミュータンとカンジダスアルビカンスとの共生関係は、細胞外多糖の産生を増加させ、より厚く、より多くの齲蝕性バイオフィルム9、10の形成をもたらす。
上記のすべての条件において、特に幼児期のうねりは、疾患進行にとってバイオフィルムpHが重要であり、および、酸性マイクロ環境の開発のためのバイオフィルムマトリックスの著しい役割を有し、11は、クロスキングダムバイオフィルム内のpH変化を研究することを可能にする方法論を求めている。細菌12および真菌13のバイオフィルムの中のpHを監視するための簡単で正確な共焦点顕微鏡ベースのアプローチが開発されている。レシオメトリック色素C-SNARF-4と閾値ベースの画像後処理により、細胞外pHはバイオフィルム14の3次元すべてにおいてリアルタイムに決定することができる。バイオフィルムにおける顕微鏡ベースのpHモニタリングに関する他の公開技術と比較して、C-SNARF-4によるpHレシオメトリーは、参照色素15を含む粒子または化合物の合成または2光子励起16の使用を必要としないため、簡便かつ安価である。1つの染料を使用するだけで、プローブ区画化、蛍光ブリードスルー、選択的漂白16、17、18の問題を防ぎ、細胞内pHと細胞外pHの間で信頼性の高い差別化を可能にします。最後に、色素を用いたインキュベーションは、バイオフィルムの成長後に行われ、実験室とその場で成長したバイオフィルムの両方を研究することができます。
本研究の目的は、pHレシオメトリーの使用を拡張し、界を越えたバイオフィルムのpH変化を研究する方法を提供することである。概念実証として、この方法は、グルコースにさらされたS.ミュータンとC.アルビカンスからなる二重種バイオフィルムのpHを監視するために使用される。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Blood agar plates</td>
			<td>Statens Serum Institut</td>
			<td>677</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brain heart infusion</td>
			<td>Oxoid</td>
			<td>CM1135</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brain heart infusion + 5 % sucrose</td>
			<td>BDH laboratory supplies</td>
			<td>10274</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Candida albicans</td>
			<td>National Collection of Pathogenic Fungi</td>
			<td>NCPF 3179</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>daime: digital image analysis in microbial ecology</td>
			<td>Universit&#228;t Wien</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Freeware; V2.1; <a href="https://dome.csb.univie.ac.at/daime" target="_blank">https://dome.csb.univie.ac.at/daime</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>D12345</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Gibco Life technologies</td>
			<td>10270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GS-6R refrigerated centrifuge</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>National Institutes of Health</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Freeware; V1.46r; <a href="https://imagej.nih.gov/ij" target="_blank">https://imagej.nih.gov/ij</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Java</td>
			<td>Oracle</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Freeware necessary to run ImageJ; V8.0; <a href="https://java.com/en/download" target="_blank">https://java.com/en/download</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#181;-Plate 96 Well Black</td>
			<td>Ibidi</td>
			<td>89626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MyCurveFit</td>
			<td>MyAssays Ltd.</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) buffer</td>
			<td>Bioworld</td>
			<td>700728</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PHM210 pH-meter</td>
			<td>Radiometer Analytical</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plan-Apochromat 63x oil immersion objective</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>N/A</td>
			<td>NA=1.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SNARF&#174;-4F 5-(and-6)-Carboxylic Acid</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>S23920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile physiological saline</td>
			<td>VWR</td>
			<td>6404</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptococcus mutans</td>
			<td>Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen</td>
			<td>DSM 20523</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vis-spectrophotometer V-3000PC</td>
			<td>VWR</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XL Incubator</td>
			<td>PeCON</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zeiss LSM 510 META</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

monitoring extracellular ph in cross-kingdom biofilms using confocal microscopy

真菌細胞と細菌細胞の両方からなるクロスキングダムバイオフィルムは、歯内感染症、歯中炎、粘膜感染症、特に幼児期のうねりなど、さまざまな口腔疾患に関与しています。これらの条件の全てにおいて、バイオフィルムマトリックス中のpHは微生物と宿主の相互作用に影響を及ぼし、ひいては疾患進行に影響を及ぼす。本プロトコルは、カンジダ・アルビカンスおよび連鎖球菌ミュータンを含むクロスキングダムバイオフィルム内のpHダイナミクスをモニターする共焦点顕微鏡ベースの方法を記述する。pH依存性デュアルエミッションスペクトルとレシオメトリックプローブC-SNARF-4の染色特性は、バイオフィルムの細胞外領域におけるpHの低下を決定するために利用される。プローブでpHレシオメトリーを使用するには、細心の注意を払った画像パラメータの選択、染料の完全なキャリブレーション、および画像データの慎重な閾値ベースの後処理が必要です。正しく使用すれば、バイオフィルムの異なる領域における細胞外pHの迅速な評価が可能になり、時間の経過とともに水平および垂直の両方のpH勾配を監視することができます。共焦点顕微鏡の使用は、75 μm以下の薄いバイオフィルムに対するZプロファイリングを制限する一方で、pHレシオメトリーの使用は、界を越えたバイオフィルムにおける重要な毒性因子の非侵襲的研究に理想的に適している。

24時間と48時間後、ウェルプレートで開発された堅牢なクロスキングバイオフィルム。C.アルビカンスは様々な程度の糸状成長を示し、S.ミュータンは高さ35μmまでの密なクラスターを形成した。真菌ヒパエの周りにグループ化された単一細胞およびS.ミュータンの鎖、および大きな細胞間空間は、ボリュームマトリックスの存在を示した(図S1)。
<p class="jove_co...

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Monitoring Extracellular pH in Cross-Kingdom Biofilms using Confocal Microscopy

このプロトコルは、カンジダ・アルビカンスとストレプトコッカス・ミュータンスからなるクロスキングダムバイオフィルムの栽培を記述し、これらのバイオフィルム内の細胞外pHを監視するための共焦点顕微鏡ベースの方法を提示する。

共焦点顕微鏡を用いたクロスキングダムバイオフィルムの細胞外pHのモニタリング

Cross-kingdom biofilms consisting of both fungal and bacterial cells are involved in a variety of oral diseases, such as endodontic infections, ...

このプロトコルは、ストレプトコッキュースからなるクロス王国バイオフィルムの培養のための簡単に実行できる方法を提示する。ミュータンとカンディダ・アルビカンス。その後の共焦点顕微鏡ベースのpHレシオメトリーは、これらのバイオフィルムの細胞外マトリックス内のpHの発達を正確に監視することを可能にする。画像取得パラメータの慎重な選択は、その後の分析のために十分なコントラストを持つ画像データを取得することが最も重要です。pHレシオメトリーは、リアルタイムでクロス王国バイオフィルムの水平および垂直の両方のpH勾配を研究するための迅速、正確、および安価な方法です。pHレシオメトリーは、純粋に真菌および細菌性バイオフィルムで行うこともできます。バイオフィルムにおける微生物代謝の理解を深める方法です。バイオフィルムの成長の手順を実証することは、私の研究室の技術者であるアネット・アクジャー・トムセンです。好気条件下で摂氏37度で血液寒天プレート上のS.ミュータンとC.アルビカンを成長させます。その後、各生物の単一のコロニーを脳の心臓注入の5ミリリットルで満たされたチューブを試験し、さらに18時間成長させる。翌日、培養物を1,200回gで5分間遠心し、上清を捨てます。生理食塩水中の細胞を再中断し、C.アルビカンとS.ミュータンの両方のOD 550〜0.5を調整します。その後、S.mutans懸濁液を1〜10に希釈して、同等の濃度を達成する。ピペット50マイクロリットルの無菌唾液を顕微鏡用の光学底96ウェルプレートの井戸に入れた。30分間、37°Cでプレートをインキュベートし、滅菌生理食塩水100マイクロリットルでプレートを3回洗浄し、井戸を空にします。各ウェルに100マイクロリットルのC.albicans懸濁液を加え、37°Cでプレートを90分間インキュベートし、生理食塩水で3回洗浄します。次に、100マイクロリットルの熱不活性化胎児ウシ血清を各ウェルに加えます。プレートを2時間インキュベートし、生理後3回焼き上げた。井戸を空にするが、過度のせん断力を避けるために20マイクロリットルの貯水池を残します。S.ミュータンスサスペンション100マイクロリットル、BHI150マイクロリットル、5%スクロースを各ウェルに加えます。その後、24時間以上摂氏37度でプレートをインキュベートします。古いバイオフィルムを栽培する場合は、毎日培地を交換してください。クロス王国成長段階の終わりに、滅菌生理食塩水でプレートを5回洗います。レシオメトリックpHイメージングでは、63X油または水浸水レンズ、543ナノメートルレーザーライン、およびスペクトルイメージングシステムを備えた反転共焦点レーザー走査顕微鏡を使用します。インキュベーターを使用して、顕微鏡ステージを摂氏35度に温めます。576~608ナノメートルの緑蛍光と629~661ナノメートルの赤色蛍光を同時検出する検出器をセットします。次に、適切なレーザーパワーとゲインを選択して、過度に露出し過ぎないようにします。ピンホールサイズを1つのエアユニットまたは約0.8マイクロメートルの光学スライスに設定します。次に、画像サイズを 512 x 512 ピクセルに設定し、スキャン速度を 2 に設定します。平均オプションを使用して、2 の行平均を選択します。0.4%グルコースをpH7に滴定して、100マイクロリットルの無菌生理食塩水を調製します。次に、C-SNARF-4のストック溶液を作り、30マイクロモルの最終濃度に染料を加えます。20マイクロリットルの貯蔵所を残してクロス王国のバイオフィルムと井戸の1つを空にし、グルコースとレシオメトリック色素で生理食塩水を追加します。プレートを顕微鏡ステージに置き、イメージングを開始します。摂氏35度で0.2 pH単位の増分でpH 4〜7.8に滴定された一連の50ミリモルMESバッファーを準備します。各緩衝液のピペット150マイクロリットルを光学底96ウェルプレートのウェルに入れた。30マイクロモルの濃度でバッファー充填井戸に染料を加え、5分間平衡させます。顕微鏡ステージを摂氏35度まで温め、先に説明したレシオメトリックpHイメージングと同じ設定を選択します。顕微鏡のステージに96ウェルプレートを置き、井戸の底に焦点を当てます。すべてのバッファソリューションに対して、緑と赤のチャンネル画像を取得します。一定の間隔で、レーザーをオフにして画像を撮影し、検出器のオフセットを補正します。キャリブレーション実験を三重で実行し、すべての画像をTIFFファイルとしてエクスポートします。緑と赤の画像を別々のフォルダに保存し、両方のファイルの名前を連番に変更します。ImageJ などの専用の画像解析ソフトウェアに画像をインポートします。レーザーをオフにして撮影した画像では、分析とヒストグラムをクリックして平均蛍光強度を決定します。プロセス、数学、および減算をクリックして、バイオフィルム画像からこの値を減算します。次に、2 つの画像シリーズを daime にインポートし、セグメント、自動セグメンテーション、およびカスタムしきい値をクリックして、赤チャンネル画像のしきい値ベースのセグメンテーションを実行します。真菌細胞質の蛍光強度を上回る低い閾値と、真菌細胞壁および細菌の強度を下回る高い閾値を設定します。次に、セグメント化された画像系列のオブジェクト層を、セグメントをクリックして緑色のチャンネル画像シリーズに転送し、オブジェクトレイヤーを転送します。赤と緑のチャンネルシリーズの非オブジェクトピクセルを削除します。バイオフィルム画像は細菌や真菌細胞から消去され、TIFFファイルとしてエクスポートできるようになりました。ImageJ にイメージ シリーズをインポートし、赤いイメージシリーズを単独で分割します。次に、結果に元の画像系列を掛けます。結果の画像シリーズは、ゼロの輝度ピクセルがすべて削除される点を除いて、元の画像系列と同じです。緑の画像シリーズでプロセスを繰り返します。次に、両方の画像系列の平均フィルタを使用して、検出器のノイズを補正します。緑を赤い画像系列で割り、すべてのオブジェクト ピクセルに対して緑と赤の比率を設定します。24時間と48時間後にウェルプレートで開発された堅牢なクロス王国バイオフィルム。真菌性ヒphphaeと大きな細胞内空間の周囲にグループ化されたS.mutansの単一細胞および鎖は、体積的なマトリックスの存在を示した。細胞外空間内のpHをルックアップテーブルを用いて可視化した。バイオフィルム中の細胞外pHは、グルコースにさらされた後の最初の5分間で急速に低下した。その後、酸性化は15分後に典型的に5.5〜5.8の値に達して減速した。局所的なpH変化により、バイオフィルムの蛍光強度は時間の経過とともに変化した。画像のセグメンテーション中に、細菌および真菌細胞で覆われたすべての領域を適切に排除するために、高い閾値と低い閾値が選択されました。青と緑の領域は、それぞれ低いしきい値と高い閾値によって排除されました。画像取得パラメータの慎重な選択は、細菌細胞、真菌細胞、およびバイオフィルムマトリックスの間の良好なコントラストを得るために重要です。クロス王国バイオフィルムがフローセルで成長すれば、pHの発達は口腔内のものを模倣した流れ条件下で監視することができる。pHレシオメトリーは、特に低pH、いわゆる酸性化ホットスポットを有する歯科バイオフィルムの局所領域を同定するために採用されている。

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

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の単一細胞解析枯草菌</em蛍光顕微鏡とフローサイトメトリーを用いて>バイオフィルム

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Ratiometric Imaging of Extracellular pH in Dental Biofilms

歯科バイオフィルムにおける細胞外のpHのレシオメトリックイメージング

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