Name: capturing actively produced microbial volatile organic compounds from human-associated samples with vacuum-assisted sorbent extraction
Uploaded: 2022-06-01T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Capturing Actively Produced Microbial Volatile Organic Compounds from Human-Associated Samples with Vacuum-Assisted Sorbent Extraction at JoVE.com

אנו מודים להת'ר מוהן ולינדה מ. קאליקין על העריכה הקפדנית של כתב יד זה. עבודה זו נתמכה על ידי NIH NHLBI (מענק 5R01HL136647-04).

1. עט סורבנט מרחב ראש (HSP) ושיקולי ניתוח מדגם
הערה: ה-HSP המכיל את ה-Tenax TA הסורבנטי נבחר כדי ללכוד מגוון רחב של נדיפים. לטנאקס יש זיקה נמוכה יותר למים בהשוואה לסורבנטים אחרים, מה שמאפשר לה ללכוד יותר תרכובות אורגניות נדיפות מדגימות בעלות לחות גבוהה יותר. לטנאקס יש גם רמה נמוכה של זי...

<ol>
	<li>Van Berkel, J. J. B. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+profile+of+volatile+organic+compounds+in+breath+discriminates+COPD+patients+from+controls.">A profile of volatile organic compounds in breath discriminates COPD patients from controls.</a> Respiratory Medicine. 104 (4), 557-563 (2010).</li><li>Nakhleh, M. 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=Detecting+active+pulmonary+tuberculosis+with+a+breath+test+using+nanomaterial-based+sensors.">Detecting active pulmonary tuberculosis with a breath test using nanomaterial-based sensors.</a> European Respiratory Journal. 43 (5), 1522-1525 (2014).</li><li>Lim, S. 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=Rapid+diagnosis+of+tuberculosis+from+analysis+of+urine+volatile+organic+compounds.">Rapid diagnosis of tuberculosis from analysis of urine volatile organic compounds.</a> ACS Sensors. 1 (7), 852-856 (2016).</li><li>Schnabel, R., 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=Analysis+of+volatile+organic+compounds+in+exhaled+breath+to+diagnose+ventilator-associated+pneumonia.">Analysis of volatile organic compounds in exhaled breath to diagnose ventilator-associated pneumonia.</a> Scientific Reports. 5, 17179 (2015).</li><li>Paff, 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=Exhaled+molecular+profiles+in+the+assessment+of+cystic+fibrosis+and+primary+ciliary+dyskinesia.">Exhaled molecular profiles in the assessment of cystic fibrosis and primary ciliary dyskinesia.</a> Journal of Cystic Fibrosis. 12 (5), 454-460 (2013).</li><li>Robroeks, C. M. H. H. 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=Metabolomics+of+volatile+organic+compounds+in+cystic+fibrosis+patients+and+controls.">Metabolomics of volatile organic compounds in cystic fibrosis patients and controls.</a> Pediatric Research. 68 (1), 75-80 (2010).</li><li>Neerincx, A. 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=Hydrogen+cyanide+emission+in+the+lung+by+Staphylococcus+aureus.">Hydrogen cyanide emission in the lung by Staphylococcus aureus.</a> European Respiratory Journal. 48 (2), 577-579 (2016).</li><li>Goeminne, P. 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=Detection+of+Pseudomonas+aeruginosa+in+sputum+headspace+through+volatile+organic+compound+analysis.">Detection of Pseudomonas aeruginosa in sputum headspace through volatile organic compound analysis.</a> Respiratory Research. 13, 87 (2012).</li><li>Joensen, 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=Exhaled+breath+analysis+using+Electronic+Nose+in+cystic+fibrosis+and+primary+ciliary+dyskinesia+patients+with+chronic+pulmonary+infections.">Exhaled breath analysis using Electronic Nose in cystic fibrosis and primary ciliary dyskinesia patients with chronic pulmonary infections.</a> PLOS ONE. 9 (12), 115584 (2014).</li><li>Nasir, 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=Volatile+molecules+from+bronchoalveolar+lavage+fluid+can+'rule-in'+Pseudomonas+aeruginosa+and+'rule-out'+Staphylococcus+aureus+infections+in+cystic+fibrosis+patients.">Volatile molecules from bronchoalveolar lavage fluid can 'rule-in' Pseudomonas aeruginosa and 'rule-out' Staphylococcus aureus infections in cystic fibrosis patients.</a> Scientific Reports. 8 (1), 826 (2018).</li><li>Tyc, O., Zweers, H., de Boer, W., Garbeva, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volatiles+in+inter-specific+bacterial+interactions.">Volatiles in inter-specific bacterial interactions.</a> Frontiers in Microbiology. 6, 1412 (2015).</li><li>Gao, 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=Tracking+polymicrobial+metabolism+in+cystic+fibrosis+airways:+Pseudomonas+aeruginosa+metabolism+and+physiology+are+influenced+by+Rothia+mucilaginosa-derived+metabolites.">Tracking polymicrobial metabolism in cystic fibrosis airways: Pseudomonas aeruginosa metabolism and physiology are influenced by Rothia mucilaginosa-derived metabolites.</a> mSphere. 3 (2), 00151 (2018).</li><li>Schoenheimer, R., Rittenberg, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deuterium+as+an+indicator+in+the+study+of+intermediary+metabolism.">Deuterium as an indicator in the study of intermediary metabolism.</a> Science. 82 (2120), 156-157 (1935).</li><li>Neubauer, 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=Refining+the+application+of+microbial+lipids+as+tracers+of+Staphylococcus+aureus+growth+rates+in+cystic+fibrosis+sputum.">Refining the application of microbial lipids as tracers of Staphylococcus aureus growth rates in cystic fibrosis sputum.</a> Journal of Bacteriology. 200 (24), 00365 (2018).</li><li>Cordell, R. L., Pandya, H., Hubbard, M., Turner, M. A., Monks, 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=GC-MS+analysis+of+ethanol+and+other+volatile+compounds+in+micro-volume+blood+samples-quantifying+neonatal+exposure.">GC-MS analysis of ethanol and other volatile compounds in micro-volume blood samples-quantifying neonatal exposure.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 405 (12), 4139-4147 (2013).</li><li>Mayor, A. S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimisation+of+sample+preparation+for+direct+SPME-GC-MS+analysis+of+murine+and+human+faecal+volatile+organic+compounds+for+metabolomic+studies.">Optimisation of sample preparation for direct SPME-GC-MS analysis of murine and human faecal volatile organic compounds for metabolomic studies.</a> Journal of Analytical &amp; Bioanalytical Techniques. 5 (2), 184 (2014).</li><li>Camarasu, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Headspace+SPME+method+development+for+the+analysis+of+volatile+polar+residual+solvents+by+GC-MS.">Headspace SPME method development for the analysis of volatile polar residual solvents by GC-MS.</a> Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 23 (1), 197-210 (2000).</li><li>Charry-Parra, G., DeJesus-Echevarria, M., Perez, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beer+volatile+analysis:+optimization+of+HS/SPME+coupled+to+GC/MS/FID.">Beer volatile analysis: optimization of HS/SPME coupled to GC/MS/FID.</a> Journal of Food Science. 76 (2), 205-211 (2011).</li><li>Bicchi, C., Cordero, C., Liberto, E., Rubiolo, P., Sgorbini, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+headspace+solid-phase+dynamic+extraction+to+analyse+the+volatile+fraction+of+food+matrices.">Automated headspace solid-phase dynamic extraction to analyse the volatile fraction of food matrices.</a> Journal of Chromatography A. 1024 (1), 217-226 (2004).</li><li>Trujillo-Rodr&#237;guez, M. J., Anderson, J. L., Dunham, S. J. B., Noad, V. L., Cardin, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vacuum-assisted+sorbent+extraction:+An+analytical+methodology+for+the+determination+of+ultraviolet+filters+in+environmental+samples.">Vacuum-assisted sorbent extraction: An analytical methodology for the determination of ultraviolet filters in environmental samples.</a> Talanta. 208, 120390 (2020).</li><li>Mollamohammada, S., Hassan, A. A., Dahab, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilized+algae-based+treatment+of+herbicide-contaminated+groundwater.">Immobilized algae-based treatment of herbicide-contaminated groundwater.</a> Water Environment Research. 93 (2), 263-273 (2021).</li><li>Psillakis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+vacuum:+an+emerging+experimental+parameter+to+consider+during+headspace+microextraction+sampling.">The effect of vacuum: an emerging experimental parameter to consider during headspace microextraction sampling.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 412 (24), 5989-5997 (2020).</li><li>Carmody, L. 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=The+daily+dynamics+of+cystic+fibrosis+airway+microbiota+during+clinical+stability+and+at+exacerbation.">The daily dynamics of cystic fibrosis airway microbiota during clinical stability and at exacerbation.</a> Microbiome. 3, 12 (2015).</li><li>Carmody, L. 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=Fluctuations+in+airway+bacterial+communities+associated+with+clinical+states+and+disease+stages+in+cystic+fibrosis.">Fluctuations in airway bacterial communities associated with clinical states and disease stages in cystic fibrosis.</a> PLOS ONE. 13 (3), 0194060 (2018).</li><li>Mahboubi, M. 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=Culture-based+and+culture-independent+bacteriologic+analysis+of+cystic+fibrosis+respiratory+specimens.">Culture-based and culture-independent bacteriologic analysis of cystic fibrosis respiratory specimens.</a> Journal of Clinical Microbiology. 54 (3), 613-619 (2016).</li></ol>

כדי לזהות ייצור נדיף בתרביות חוץ גופיות ובדגימות הקשורות לבני אדם, בוצע ניתוח נדיף של תרבויות מונו וקו-קו של P. aeruginosa, S. aureus ו- A. baumanii ובדיקת איזוטופים יציבה של דגימות ביולוגיות שונות. בניתוח עבור התרביות המונו-ותרביות המשותף, נדיפים זוהו על ידי ביצוע מיצוי קצר במשך שעה אחת ב-70 ...

לתרכובות אורגניות נדיפות (VOC) יש הבטחה גדולה לזיהוי וזיהוי של חיידקים מכיוון שהן נפלטות מכל האורגניזמים, ולמיקרובים שונים יש חתימות VOC ייחודיות. מולקולות נדיפות שימשו כמדידה לא פולשנית לאיתור זיהומים שונים בדרכי הנשימה, כולל מחלת ריאות חסימתית כרונית1, שחפת2 בשתן3 ודלקת ריאות הקשורה למכונת הנשמה4, בנוסף להבחנה בין נבדקים עם סיסטיק פיברוזיס (CF) לבין נבדקי ביקורת בריאים 5,6. חתימות נדיפות אפילו שימשו להבחנה בין זיהומים פתוגנים ספציפיים ב- CF (Staphylococcus aureus7, Pseudomonas aeruginosa 8,9, ו- S. aureus לעומת P. aeruginosa10). עם זאת, עם המורכבות של דגימות ביולוגיות כאלה, לעתים קרובות קשה לאתר את המקור של תרכובות אורגניות נדיפות ספציפיות.
אסטרטגיה אחת לניתוק הפרופילים הנדיפים ממיקרובים מדביקים מרובים היא לבצע ניתוח מרחב ראש של מיקרואורגניזמים הן בתרבית מונו והן בתרבית משותפת11. ניתוח מרחב ראש בוחן את האנליטים הנפלטים לתוך "מרחב הראש" שמעל דגימה ולא את אלה המוטמעים במדגם עצמו. מטבוליטים מיקרוביאליים אופיינו לעתים קרובות בתרביות חד-תרבותיות בגלל הקושי לקבוע את מקורם של מטבוליטים מיקרוביאליים בדגימות קליניות מורכבות. על-ידי יצירת פרופילים של נדיפים מתרביות חד-תרביות של חיידקים, סוגי הנדיפים שמייצר מיקרוב במבחנה עשויים לייצג בסיס ברפרטואר הנדיף שלו. שילוב של תרביות חיידקים, למשל, יצירת תרביות משותפות ויצירת פרופיל של המולקולות הנדיפות המיוצרות עשוי לחשוף את האינטראקציות או ההזנה הצולבת בין החיידקים12.
אסטרטגיה נוספת לזיהוי המקור המיקרוביאלי של מולקולות נדיפות היא לספק מקור תזונתי המסומן באיזוטופ יציב. איזוטופים יציבים הם צורות טבעיות ולא רדיואקטיביות של אטומים עם מספר שונה של נויטרונים. באסטרטגיה שנעשה בה שימוש מאז תחילת שנות ה-30 של המאה ה-20 כדי להתחקות אחר חילוף חומרים פעיל בבעלי חייםבני 13, המיקרואורגניזם ניזון ממקור ההזנה המסומן ומשלב את האיזוטופ היציב במסלולים המטבוליים שלו. לאחרונה, איזוטופ יציב בצורה של מים כבדים (D2O) שימש לזיהוי S. aureus פעיל מטבולית בדגימת כיח קלינית CF14. בדוגמה אחרת, 13גלוקוז עם תווית C שימש להדגמת האכלה צולבת של מטבוליטים בין מבודדים קליניים של CF של P. aeruginosa ו Rothia mucilaginosa12 .
עם התקדמותן של טכניקות ספקטרומטריית מסות, שיטות לאיתור רמזים נדיפים עברו מתצפיות איכותיות למדידות כמותיות יותר. על ידי שימוש בספקטרומטריית מסה של כרומטוגרפיה של גז (GC-MS), עיבוד דגימות ביולוגיות הפך להיות בהישג יד עבור רוב ההגדרות המעבדתיות או הקליניות. שיטות רבות לסקר מולקולות נדיפות שימשו לפרופיל דגימות כגון מזון, תרביות חיידקים ודגימות ביולוגיות אחרות, ואוויר ומים לאיתור זיהום. עם זאת, מספר שיטות נפוצות של דגימה נדיפה עם תפוקה גבוהה דורשות ממס ואינן מבוצעות עם היתרונות המסופקים על ידי מיצוי ואקום. בנוסף, נפחים או כמויות גדולים יותר (מעל 0.5 מ"ל) של חומרים שנדגמו נדרשים לעתים קרובות לניתוח 15,16,17,17,18,19, אם כי זה ספציפי למצע ודורש אופטימיזציה עבור כל סוג מדגם ושיטה.
כאן, נעשה שימוש במיצוי סורבנט בסיוע ואקום (VASE) ולאחר מכן בספיגה תרמית ב-GC-MS כדי לסקור את הפרופילים הנדיפים של תרביות חד-תאיות חיידקיות ו-co-co ולזהות נדיפים המיוצרים באופן פעיל עם איזוטופים יציבים הנבדקים מצואה אנושית, רוק, ביוב ודגימות כיח (איור 1). עם כמויות דגימה מוגבלות, תרכובות אורגניות נדיפות הוצאו מתוך 15 μL בלבד של כיח. ניסויי בדיקת איזוטופים עם דגימות אנושיות דרשו הוספת מקור איזוטופי יציב, כגון גלוקוז 13C, ומדיה לטיפוח הצמיחה של הקהילה המיקרוביאלית. הייצור הפעיל של נדיפים זוהה כמולקולה כבדה יותר על ידי GC-MS. מיצוי של מולקולות נדיפות תחת ואקום סטטי אפשר זיהוי של מולקולות נדיפות עם רגישות מוגברת 20,21,22.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>13C glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>389374-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Stg Diaph Pump</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>01-10-20030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 mL VOA vials</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>5719110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 mm Black Caps with hole, no septum</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>01-39-76044B</td>
			<td>holds lid liner in place on vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 mm vial liner for sorbent pens</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>SP-L024S</td>
			<td>allows pens to make a vacuum seal at top of vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5600 Sorbent pen extraction unit (SPEU)</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>5600-SPES</td>
			<td>5600 Sorbent Pen Extraction Unit -120 VAC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well assay plates</td>
			<td>Genesee</td>
			<td>25-224</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brain Heart Infusion (BHI) media</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>53286-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ChemStation Stofware</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DB-624 column</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>122-1364E</td>
			<td>60 m, 0.25 mm ID, 1.40 micron film thickness, in GC-MS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deuterium oxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>151882-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dexsi sofware</td>
			<td>Dexsi (open source)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GC-MS (7890A GC and 5975C inert XL MSD with Triple-Axis Detector)</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td>7890A GC and 5975C inert XL MSD with triple-axis detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headspace Bundle HS-B01, 120VA</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>SP-HS-B01</td>
			<td>Items for running headspace extraction included in bundle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headspace sorbent pen (HSP) - blank</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>SP-HS-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headspace sorbent pen (HSP) Tenax TA (35/60 Mesh)</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>SP-HS-T3560</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tubes (2 mL)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>53550-792</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O-rings</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>SP-OR-L024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample Preparation Rail</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sorbent pen thermal conditioner</td>
			<td>Entech Instruments</td>
			<td>3801-SPTC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Todd Hewitt (TH) media</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T1438-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

capturing actively produced microbial volatile organic compounds from human-associated samples with vacuum-assisted sorbent extraction

לתרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) מדגימות ביולוגיות יש מקורות לא ידועים. תרכובות אורגניות נדיפות עשויות להגיע מהמארח או מאורגניזמים שונים מתוך הקהילה המיקרוביאלית של המארח. כדי לנטרל את מקורם של תרכובות אורגניות נדיפות, בוצעו ניתוח נדיף של תרביות חד-פרצופיות וקו-תרביות חיידקים של סטפילוקוקוס אאורוס, Pseudomonas aeruginosa ו-Acinetobacter baumannii, ובדיקת איזוטופים יציבים בדגימות ביולוגיות של צואה, רוק, ביוב וכיח. תרביות חד-פעמיות וקו-קו-תרביות שימשו לזיהוי ייצור נדיף ממיני חיידקים בודדים או בשילוב עם בדיקת איזוטופים יציבה כדי לזהות את חילוף החומרים הפעיל של מיקרובים מהדגימות הביולוגיות.
מיצוי סורבנט בסיוע ואקום (VASE) שימש לחילוץ תרכובות אורגניות נדיפות. VASE היא שיטת מיצוי מרחב ראש קלה לשימוש, ממוסחרת ונטולת ממסים עבור תרכובות נדיפות למחצה ונדיפות. המחסור בממסים ותנאי הכמעט ואקום המשמשים במהלך המיצוי הופכים את פיתוח השיטה לקל ומהיר יחסית בהשוואה לאפשרויות מיצוי אחרות כגון טרט-בוטילציה ומיקרו-אקסטרהקציה של פאזה מוצקה. זרימת העבודה המתוארת כאן שימשה לזיהוי חתימות נדיפות ספציפיות מתרבויות חד-צדדיות וקו-תרבויות. יתר על כן, ניתוח של בדיקת האיזוטופים היציבה של דגימות ביולוגיות הקשורות לבני אדם זיהה תרכובות אורגניות נדיפות שיוצרו באופן נפוץ או ייחודי. מאמר זה מציג את זרימת העבודה הכללית ואת השיקולים הניסיוניים של VASE בשילוב עם בדיקה איזוטופית יציבה של תרביות מיקרוביאליות חיות.

תרבויות מונו-שותפות של S. aureus, P. aeruginosa ו- A. baumannii התרביות המונו-ותרביות המשותפות כללו את מיני החיידקים S. aureus, P. aeruginosa ו-A. baumannii. אלה הם פתוגנים אופורטוניסטיים נפוצים שנמצאים בפצעים אנושיים ובזיהומים כרוניים. כד?...

Watch this Scientific Journal Video about Capturing Actively Produced Microbial Volatile Organic Compounds from Human-Associated Samples with Vacuum-Assisted Sorbent Extraction at JoVE.com

Capturing Actively Produced Microbial Volatile Organic Compounds from Human-Associated Samples with Vacuum-Assisted Sorbent Extraction

פרוטוקול זה מתאר מיצוי של תרכובות אורגניות נדיפות מדגימה ביולוגית בשיטת מיצוי סורבנט בסיוע ואקום, כרומטוגרפיית גז בשילוב עם ספקטרומטריית מסה באמצעות מסילת הכנת דגימות Entech וניתוח נתונים. הוא מתאר גם תרבית של דגימות ביולוגיות ובדיקת איזוטופים יציבה.

לכידת תרכובות אורגניות נדיפות מיקרוביאליות המיוצרות באופן פעיל מדגימות הקשורות לבני אדם עם מיצוי סורבנט בסיוע ואקום

Volatile organic compounds (VOCs) from biological samples have unknown origins. VOCs may originate from the host or different organisms from within the ...

פרוטוקול זה מאפשר לנו להתרכז ולזהות בקלות מטבוליטים נדיפים ונדיפים המיוצרים באופן פעיל מאורגניזמים מיקרוביאליים במגוון דגימות ביולוגיות. VASE היא שיטה ידידותית יותר למשתמש לריכוז נדיפים בעלי שפע נמוך. כל מה שאתם צריכים זה דגימה תחת כמעט ואקום, ולתת לפיזיקה לעשות את השאר.לגישה לניתוח נדיף של דגימות קליניות יש השלכות חשובות על גילוי סמנים ביולוגיים מטבוליים במספר מצבי מחלה שונים. לדוגמה, ניתן לזהות את הפתוגן המניע והזיהום או את הצלחת הטיפול האנטיבקטריאלי באמצעות ניתוח נדיף של דגימות רוק, כיח או נשימה. כדי להכין דגימות צואה, הוסיפו מיליליטר אחד של מים שעברו דה-יוניזציה ל-100 מיליגרם של צואה בצינור מיקרו-צנטריפוגה של 1.5 מיליליטר ובמערבולת למשך שלוש דקות.שמור את הדגימות על קרח כאשר אינן בשימוש. הוסף 485 מיליליטרים של מדיום BHI עם גלוקוז 20 מילימולרי 13C או BHI עם 30% דאוטריום עד 15 מיקרוליטרים של תערובת צואה ומים, כדי להבטיח כי הנפח הסופי של הדגימה הוא 500 microliters. הכן דוגמאות במשולש טכני.כדי להכין דגימות ביוב, הוסיפו 500 מיקרוליטרים של ביוב ל-500 מיקרוליטרים של מדיום BHI עם גלוקוז של 13C או 30% דאוטריום בנפח כולל של מיליליטר אחד. הכינו דגימות בטריפליקטים והשאירו אותן על קרח. כדי להכין דגימות רוק, הוסיפו 50 מיקרוליטרים של רוק ל-500 מיקרוליטרים של מדיום BHI עם גלוקוז 13C או 30% דאוטריום בנפח כולל של 550 מיקרוליטרים.הכינו דגימות בטריפליקטים והשאירו אותן על קרח. כדי להכין דגימות כיח, הוסיפו 15 מיקרוליטרים של כיח לבקבוקון. הכינו דגימות במשולש והשאירו אותן על קרח.הניחו בקבוקוני VOA ריקים על הצלחת הקרה והניחו את הצלחת הקרה על הקרח במכסה המנוע של הבטיחות הביולוגית. הפעילו את ה-5600 SPEU והתאימו אותו לטמפרטורה הנדרשת. סמן בקבוקוני VOA של 20 מיליליטר על פי דגימות, שכפולים ומזהי HSP באמצעות סמן עמיד במים המתנגד למים במקרה שנוצר עיבוי בחלק החיצוני של הבקבוקון בזמן שהוא על קרח.בתוך מכסה המנוע של הבטיחות הביולוגית, פתחו את הכובע הלבן על הבקבוקון, פיפטו במהירות דגימה לתוך הבקבוקון, והרכיבו את תוחם המכסה, הכובע השחור וה-HSP. הניחו את הבקבוקון המכיל את הדגימה ואת HSP בחזרה על הצלחת הקרה. לאחר שכל הדגימות הוכנו בבקבוקוני הזכוכית, הפעילו את משאבת הוואקום, הניחו את הבקבוקונים תחת ואקום והסירו את מקור הוואקום.בדוק שוב את הלחץ לאחר הצבת כל הדגימות תחת ואקום באמצעות מד הלחץ. אם בקבוקון דולף, יש לוודא שהפקק מוברג בחוזקה ושטבעות ה-O הלבנות של תוחמי ה-HSP והמכסה נמצאים במקומם כראוי. מקם בקבוקונים ב- SPEU לזמן ולטמפרטורה הממוטבים עם תסיסה ב- 200 סל"ד.לחלץ תרביות למשך שעה אחת ב-70 מעלות צלזיוס ולהוציא ניסויי איזוטיפ יציבים בבדיקת צואה, ביוב, רוק וכיח במשך 18 שעות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס. מניחים את הצלחת הקרה על מינוס 80 מעלות צלזיוס לשימוש לאחר השלמת תקופת החילוץ. כאשר המיצוי הושלם, הניחו דגימות על הצלחת הקרה למשך 15 דקות כדי לשאוב אדי מים מה-HSP וממרחב הראש של הבקבוקון, ואז העבירו את ה-HSPs לשרוולים שלהם.הגדר את רצף הדוגמאות בתוכנת Entech. פתח את התוכנית ובחר 5800 ו- רצף באפשרויות שמימין לתפריט הנפתח Instrument. שמור את טבלת הרצף, בחר הפעל בצד שמאל ולאחר מכן התחל עם ריק ב- Desorber אם ה- HSP הריק אינו desorber.שים לב ש- HSPs יטופלו על ידי ה- SPR עבור כל דגימה ברצף. תנו ל-SPR להתחמם. אפשר ל- SPR להפעיל את כל הדוגמאות באופן אוטומטי.הרצף בצד GC-MS יתעד באופן אוטומטי את הנתונים בקבצים נפרדים. הוסף שיא לשיטת העיבוד על-ידי בחירה באפשרות כיול ואחריו ערוך תרכובת, שם והוספה של תרכובת תחת תרכובת סטנדרטית חיצונית. הוסף את שם התרכובות, זמן השמירה ויון היעד של האות קוונטי.הוסף את שלוש הפסגות הגדולות ביותר, הכוללות תרכובות עם הסתברות של יותר מ-75%, כדי להבטיח שהיישור של כל יון מזהה של התרכובת נמצא במרכז השיא. שמור אותו על-ידי בחירה בסדר, ואחריו שיטה ושמירה. לאחר הגדרת שיטת התהליך, המשך אל Quantitate ו- Computate ולאחר מכן הצג ו- QEDIT Quant Result כדי להגדיל את כמות הנתונים.כאן, מיצוי סורבנט בסיוע ואקום לווה בספיגה תרמית ב-GC-MS כדי לסקור את הפרופילים הנדיפים של תרביות חד-תאיות חיידקיות ו-co-תרביות, ולזהות נדיפים המיוצרים באופן פעיל עם בדיקה איזוטופית יציבה מצואה אנושית, רוק, ביוב ודגימות כיח. התרביות המונו-ותרביות המשותף כללו את מיני החיידקים staphylococcus aureus, pseudomonas aeruginosa ו-acinetobacter baumannii. 43 מולקולות נדיפות מבוארות זוהו מהתרביות המונו-ותרביות המשותפות בנקודות זמן של 24 ו-48 שעות.היה יותר שילוב של 13C במולקולות נדיפות עם תווית מלאה בהשוואה לדאוטריום. 13C שולב ב-2-בוטאנון, 3-הידרוקסי, 2, 3-בוטנדיון דיאצטיל, חומצה אצטית ופנול עבור כל דגימות הצואה, הביוב והרוק. אצטון, חומצה בוטנואית וחומצה פרופנואית זוהו כמסומנים ברוק ובביוב.ואילו דימתיל טריסולפיד ודיסולפיד די-מתיל הועשרו הן בדגימות צואה והן בדגימות רוק. הנדיפים 1-פרופנול, 2-בוטנון, בנזופנון, אתנול ומתילתיול אצטט הועשרו רק בביוב ו-2, 3-פנטנדיון ברוק. דאוטריום שולב בחומצה אצטית נדיפה, בנזאלדהיד, 4-מתיל-דימתיל טריסולפיד ופנול מדגימות רוק או ביוב.חומצה אצטית, דימתיל טריסולפיד, אצטון ופרופנול 2-מתיל היו נפוצים יותר בדגימות כיח מתורבתות מאשר דגימות כיח לא תרבותיות. ניתוח רב-משתני של וריאנטים, PERMANOVA, בוצע על מטריצת מרחק של בריי-קרטיס של השפע הנדיף מדגימות כיח סיסטיק פיברוזיס. מצאנו שהנבדק שתרם את המדגם מסביר 51% מהשונות בכיח מתורבת עם תווית של 13C ו-33% מהשונות בכיח לא תרבותי.כאן מוצגת ההצלחה של תיוג איזוטופים יציב עם גלוקוז 13C בתנודתיות מדגימות כיח בתרבית שנאספו משבעה אנשים עם סיסטיק פיברוזיס. נדיפים בעלי התאגדות גבוהה יותר של 13C עבור רוב הדגימות מוצגים בלוח 5A, אלה עם התאגדות של 13C באחוזים נמוכים יותר ברוב דגימות הכיח נמצאות בפאנל 5B, ומולקולות עם המרה נמוכה יותר של 13C אחוזים במיעוט מדגימות כיח מוצגות בלוח 5C. בדקו תמיד שוב את לחצי הבקבוקון לאחר כדקה.ואקום שבור מביס את הרגישות והמהירות של שיטת VASE. בעקבות הליך זה, אם בוצעה בדיקת איזוטופים יציבה, ניתן לחלץ את הדנ"א מהחומר הנותר כדי לזהות אורגניזמים או מינים מיקרוביאליים שייתכן שתרמו לייצור המולקולות הנדיפות. שיטה זו שימושית גם באיתור נדיפים מכל סוג דגימה ללא בדיקת איזוטופים.עם יתרונות של רגישות ונפח דגימה נמוך, יישומים רבים יכולים להפיק תועלת מטכניקה זו.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Mimicking the Function of Signaling Proteins: Toward Artificial Signal Transduction Therapy

מחק את תפקודם של חלבוני איתות: לקראת תרפים התמר איתותים מלאכותיות

Signal transduction pathways, which control the response of cells to various environmental signals, are mediated by the function of signaling proteins ...

Multimer-PAGE: A Method for Capturing and Resolving Protein Complexes in Biological Samples

Multimer-עמוד: שיטה לכידת וחלבון פתרון מתחמי דגימות ביולוגיות

There are many well-developed methods for purifying and studying single proteins and peptides. However, most cellular functions are carried out by ...

Optimized Protocol for the Extraction of Proteins from the Human Mitral Valve

פרוטוקול אופטימיזציה עבור הפקת חלבונים מן שסתום מיטרלי האדם

Analysis of the cellular proteome can help to elucidate the molecular mechanisms underlying diseases due to the development of technologies that permit ...

Capturing the Interaction Kinetics of an Ion Channel Protein with Small Molecules by the Bio-layer Interferometry Assay

לכידת את האינטראקציה קינטיקה החלבון תעלת יונים עם מולקולות קטנות על ידי וזמינותו אינטרפרומטריה ביו-שכבה

The bio-layer interferometry (BLI) assay is a valuable tool for measuring protein-protein and protein-small molecule interactions. Here, we first describe ...

Leaf Spray Mass Spectrometry: A Rapid Ambient Ionization Technique to Directly Assess Metabolites from Plant Tissues

ספקטרומטר מסה של ספריי עלה: טכניקה מהירה יינון אמביינט להעריך ישירות מטבוליטים רקמות הצמח

Plants produce thousands of small molecules that are diverse in their chemical properties. Mass spectrometry (MS) is a powerful technique for analyzing ...

Profiling Volatile Compounds in Blackcurrant Fruit using Headspace Solid-Phase Microextraction Coupled to Gas Chromatography-Mass Spectrometry

יצירת פרופילים של תרכובות נדיפות בפרי דומדמניות שחורות באמצעות מיקרו-קסטרה של שלב מוצק Headspace בשילוב ספקטרומטריית גז כרומטוגרפיה-מסה

There is an increasing interest in measuring volatile organic compounds (VOCs) emitted by ripe fruits for the purpose of breeding varieties or cultivars ...

Absolute Quantitation of Inositol Pyrophosphates by Capillary Electrophoresis Electrospray Ionization Mass Spectrometry

כמות מוחלטת של אינוזיטול פירופוספטים על ידי אלקטרופורזה נימית אלקטרוספריי ספקטרומטריית מסה יינון

Inositol pyrophosphates (PP-InsPs) are an important group of intracellular signaling molecules. Derived from inositol phosphates (InsPs), these molecules ...

Reconstitution of Msp1 Extraction Activity with Fully Purified Components

שחזור פעילות החילוץ Msp1 עם רכיבים מטוהרים לחלוטין

As the center for oxidative phosphorylation and apoptotic regulation, mitochondria play a vital role in human health. Proper mitochondrial function ...

Ultrasonic-Assisted Extraction of Cannabidiolic Acid from Cannabis Biomass

Ultrasonic-Assisted Extraction of Cannabidiolic Acid from Cannabis Biomass

מיצוי בסיוע קולי של חומצה קנבידיולית מביומסת קנאביס

Industrial hemp (Cannabis spp.) has many compounds of interest with potential medical benefits. Of these compounds, cannabinoids have come to the center ...