Name: improvement of bacillus subtilis spore enumeration and label analysis in flow cytometry
Uploaded: 2023-06-30T12:40:00
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Questo studio è stato finanziato in parte dal Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior-Brasil (CAPES)-Codice finanziario 001; Governo do Estado do Amazonas con risorse della Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas-FAPEAM; Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Gli autori ringraziano il Programma per lo Sviluppo Tecnologico in Strumenti per la Salute PDTIS-FIOCRUZ per l'uso delle sue strutture.

Vedere la Tabella dei materiali per i dettagli relativi a tutti i materiali, gli strumenti e il software utilizzati in questo protocollo.
1. Impostazione della citometria a flusso
<ol><li>Allineamento dei parametri ottici di un citometro a flusso accoppiato ad un computer<ol><li>Accedere al software del citometro.</li>
		<li>Dall'area di lavoro del software, selezionare Citometro | Avviare e attendere qualche minuto | Modalità di pu...

<ol>
	<li>McKenney, P. T., Driks, A., Eichenberger, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Bacillus+subtilis+endospore:+assembly+and+functions+of+the+multilayered+coat.">The Bacillus subtilis endospore: assembly and functions of the multilayered coat.</a> Nature Reviews. Microbiology. 11 (1), 33-44 (2013).</li><li>Cutting, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacillus+probiotics.">Bacillus probiotics.</a> Food Microbiology. 28 (2), 214-220 (2011).</li><li>Ricca, E., Baccigalupi, L., Cangiano, G., De Felice, M., Isticato, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+vaccine+delivery+by+non-recombinant+spores+of+Bacillus+subtilis.">Mucosal vaccine delivery by non-recombinant spores of Bacillus subtilis.</a> Microbial Cell Factories. 13, 115 (2014).</li><li>Falahati-Pour, S. K., Lotfi, A. S., Ahmadian, G., Baghizadeh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+immobilization+of+recombinant+organophosphorus+hydrolase+on+spores+of+Bacillus+subtilis.">Covalent immobilization of recombinant organophosphorus hydrolase on spores of Bacillus subtilis.</a> Journal of Applied Microbiology. 118 (4), 976-988 (2015).</li><li>Harrold, Z., Hertel, M., Gorman-Lewis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+Bacillus+subtilis+spore+isolation+and+quantifying+spore+harvest+purity.">Optimizing Bacillus subtilis spore isolation and quantifying spore harvest purity.</a> Journal of Microbiological Methods. 87 (3), 325-329 (2011).</li><li>Nicholson, W. L., Setlow, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sporulation,+germination+and+outgrowth.">Sporulation, germination and outgrowth.</a> Molecular biological methods for Bacillus. , (1990).</li><li>Mora-Uribe, P., 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=Characterization+of+the+adherence+of+Clostridium+difficile+spores:+the+integrity+of+the+outermost+layer+affects+adherence+properties+of+spores+of+the+epidemic+strain+R20291+to+components+of+the+intestinal+mucosa.">Characterization of the adherence of Clostridium difficile spores: the integrity of the outermost layer affects adherence properties of spores of the epidemic strain R20291 to components of the intestinal mucosa.</a> Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 6, 99 (2016).</li><li>Paidhungat, M., Setlow, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+ger+proteins+in+nutrient+and+nonnutrient+triggering+of+spore+germination+in+Bacillus+subtilis.">Role of ger proteins in nutrient and nonnutrient triggering of spore germination in Bacillus subtilis.</a> Journal of Bacteriology. 182 (9), 2513-2519 (2000).</li><li>Schnizlein-Bick, C., Spritzler, J., Wilkening, C., Nicholson, J., O'Gorman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+TruCount+absolute-count+tubes+for+determining+CD4+and+CD8+cell+numbers+in+human+immunodeficiency+virus-positive+adults.+Site+Investigators+and+The+NIAID+DAIDS+New+Technologies+Evaluation+Group.">Evaluation of TruCount absolute-count tubes for determining CD4 and CD8 cell numbers in human immunodeficiency virus-positive adults. Site Investigators and The NIAID DAIDS New Technologies Evaluation Group.</a> Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology. 7 (3), 336-343 (2000).</li><li>Godfrey, A., Alsharif, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+enumeration+of+viable+spores+by+flow+cytometry.">Rapid enumeration of viable spores by flow cytometry.</a> US Patent. , (2003).</li><li>Karava, M., Bracharz, F., Kabisch, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+and+isolation+of+Bacillus+subtilis+spores+using+cell+sorting+and+automated+gating.">Quantification and isolation of Bacillus subtilis spores using cell sorting and automated gating.</a> PLoS ONE. 14 (7), e021989 (2019).</li><li>Genovese, M., Poulain, E., Doppler, F., Toussaint, R., Boyer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacillus+spore+enumeration+using+flow+cytometry:+A+proof+of+concept+for+probiotic+application.">Bacillus spore enumeration using flow cytometry: A proof of concept for probiotic application.</a> Journal of Microbiological Methods. 190, 106336 (2021).</li><li>Trunet, C., Ngo, H., Coroller, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+permeabilization+and+activity+recovery+of+Bacillus+spores+in+adverse+conditions+for+growth.">Quantifying permeabilization and activity recovery of Bacillus spores in adverse conditions for growth.</a> Food Microbiology. 81, 115-120 (2019).</li><li>Tehri, N., Kumar, N., Raghu, H., Vashishth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomarkers+of+bacterial+spore+germination.">Biomarkers of bacterial spore germination.</a> Annals of Microbiology. 68, 513-523 (2018).</li><li>Isticato, R., Ricca, E., Baccigalupi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spore+adsorption+as+a+nonrecombinant+display+system+for+enzymes+and+antigens.">Spore adsorption as a nonrecombinant display system for enzymes and antigens.</a> Journal of Visualized Experiments. 145, e59102 (2019).</li><li>Song, 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=Killed+Bacillus+subtilis+spores+as+a+mucosal+adjuvant+for+an+H5N1+vaccine.">Killed Bacillus subtilis spores as a mucosal adjuvant for an H5N1 vaccine.</a> Vaccine. 30 (22), 3266-3277 (2012).</li></ol>

I metodi tradizionali, come il conteggio su piastra delle colonie, non solo richiedono molto tempo, ma richiedono anche cellule vitali e non consentono la quantificazione delle spore inattivate5. La camera di Petroff-Hausser è una metodologia alternativa, ma richiede un microscopista esperto per eseguirla. La citometria a flusso si è dimostrata un'utile alternativa a questo scopo.
Genovese et al.12 hanno descritto l'uso della citometria a fluss...

Il Bacillus subtilis è un batterio gram-positivo a forma di bastoncino in grado di produrre spore quiescenti quando le condizioni ambientali non consentono la crescita cellulare1. Le spore sono forme cellulari estremamente stabili e quelle di diverse specie, tra cui B. subtilis, sono ampiamente utilizzate come probiotici per uso umano e animale2. Grazie alle sue proprietà di resistenza e sicurezza, la spora di B. subtilis, che presenta proteine eterologhe, è stata proposta come adiuvante della mucosa, sistema di somministrazione di vaccini e piattaforma di immobilizzazione enzimatica 3,4.
Per ottenere spore da B. subtilis, è necessario esporlo alla privazione di nutrienti utilizzando uno speciale terreno di coltura. Dopo aver ottenuto e purificato queste spore, è necessario quantificarle per migliorare l'efficienza del test 5,6. Pertanto, vengono applicati alcuni metodi per analizzare la concentrazione delle spore ottenute. È possibile utilizzare il conteggio delle piastre e una camera Petroff-Hausser, nota anche come camera di conteggio. Quest'ultimo è stato originariamente sviluppato per determinare la concentrazione delle cellule del sangue; tuttavia, è possibile utilizzarlo nel campo della microbiologia per il conteggio delle spore 7,8. Nonostante sia il metodo standard utilizzato per il conteggio delle cellule, la lettura è laboriosa poiché questo metodo è completamente manuale e la sua precisione dipende dall'esperienza dell'operatore.
Le analisi basate sulla citometria a flusso (FC) sono state precedentemente proposte come approcci veloci, affidabili e specifici per rilevare cellule marcate di Bacillus spp. L'uso di microsfere di conteggio con citometria a flusso ha garantito la riproducibilità nella conta cellulare negli esami di routine (conta assoluta dei linfociti T CD4 e CD8) e nello sviluppo della ricerca che coinvolge particelle in grado di essere rilevate e contate utilizzando la citometria a flusso9. Godjafrey e Alsharif hanno suggerito l'uso di perline di conteggio per la quantificazione FC di spore non marcate10. L'uso della citometria a flusso è stato descritto per il monitoraggio della sporulazione in Bacillus spp. tramite l'etichettatura del DNA delle spore 10,11,12,13. Un altro studio ha utilizzato FC per valutare la quantità di proteine marcate in modo fluorescente sulla superficie delle spore15.
Questo studio ha cercato di utilizzare perle di conteggio commerciali per garantire uno standard di riproducibilità rispetto al conteggio degli eventi utilizzando la citometria a flusso. In questo articolo, suggeriamo l'uso di perline di conteggio per il conteggio delle cellule in FC per perfezionare l'enumerazione delle spore e valutare l'efficienza di accoppiamento di anticorpi marcati con fluorescenza sulla superficie delle spore.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>((1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) (EDC)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>341006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(N-hydroxysuccinimide) (NHS)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>130672</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-human fluorescent antibody</td>
			<td>BioLegend</td>
			<td>501410</td>
			<td>APC anti-human IL-10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-mouse fluorescent antibody</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>A32723</td>
			<td>Alexa Fluor Plus 488</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD FACSCanto II</td>
			<td>&#160;BD</td>
			<td></td>
			<td>Flow cytometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD FACSDiva Cytometer Setup &#38; Tracking Beads Kit (use with BD FACSDiva software v 6.x)</td>
			<td>BD</td>
			<td>642412</td>
			<td>Quality control reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD FACSDiva Software v. 6.1.3</td>
			<td>BD</td>
			<td>643629</td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge MegaFuge 8R</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>75007213</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Counting Beads</td>
			<td>BD</td>
			<td>340334</td>
			<td>TruCount Tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eclipse 80i</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>Fluorescent Microsope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethidium Bromide</td>
			<td>Ludwig Biotec</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A4503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Microtubes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene tube</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352008</td>
			<td>5 mL polystyrene tube, 12 x 75 mm, without lid, non-sterile</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

improvement of bacillus subtilis spore enumeration and label analysis in flow cytometry

Le spore di Bacillus subtilis sono già state proposte per diverse applicazioni biotecnologiche ed immunologiche; Tuttavia, vi è una crescente necessità di sviluppare metodologie che migliorino la rilevazione degli antigeni immobilizzati sulla superficie delle spore insieme alla loro quantificazione. Le analisi basate sulla citometria a flusso sono state precedentemente proposte come approcci veloci, affidabili e specifici per la rilevazione di cellule marcate di B. subtilis. In questo articolo, proponiamo l'uso della citometria a flusso per valutare l'efficienza di visualizzazione di un anticorpo fluorescente (FA) sulla superficie della spora e quantificare il numero di spore utilizzando le perle di conteggio. 
Per questo, abbiamo usato il bromuro di etidio come marcatore del DNA e un anticorpo marcato con alloficocianina (APC), che è stato accoppiato alle spore, come marcatore di superficie. La quantificazione delle spore è stata eseguita utilizzando le perle di conteggio poiché questa tecnica dimostra un'elevata precisione nel rilevamento delle cellule. Le spore marcate sono state analizzate utilizzando un citometro a flusso, che ha confermato l'accoppiamento. Di conseguenza, è stato dimostrato che la marcatura del DNA ha migliorato l'accuratezza della quantificazione mediante citometria a flusso, per la rilevazione delle spore germinate. È stato osservato che il bromuro di etidio non era in grado di marcare le spore dormienti; Tuttavia, questa tecnica fornisce una determinazione più precisa del numero di spore con proteina fluorescente accoppiata alla loro superficie, aiutando così nello sviluppo di studi che si concentrano sull'uso delle spore come piattaforma biotecnologica in diverse applicazioni.

Nei campioni di spore autoclavate (AS), sono state rilevate rispettivamente 2 × 103 spore/μl e 1 ×10 3 spore/μl utilizzando le microsfere di conteggio e il metodo Petroff-Hausser (Figura 2).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65141/65141fig01.jpg"> Figura 1: Schema generale di quantificazione delle spore. (A) spore marcate ...

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Improvement of Bacillus subtilis Spore Enumeration and Label Analysis in Flow Cytometry

Questo protocollo si concentra sull'uso della citometria a flusso e del conteggio delle microsfere per quantificare le spore batteriche marcate con bromuro di etidio. Il metodo è anche efficiente per analizzare l'accoppiamento covalente di proteine sulla superficie di spore intatte.

Miglioramento dell'enumerazione delle spore di Bacillus subtilis e analisi dell'etichetta nella citometria a flusso

The spores of Bacillus subtilis have already been proposed for different biotechnological and immunological applications; however, there is an increasing ...

Il contatore di cellule di spore di Bacillus subtilis con metodi tradizionali può essere un compito laborioso, poiché questi metodi possono essere completamente manuali e la loro precisione dipende dall'esperienza dell'operatore. Questo protocollo rende possibile l'enumerazione delle spore dormienti e in germinazione. Inoltre, la tecnica consente anche di determinare la percentuale di coping delle proteine fluorescenti sulla sua superficie.Data la fase di configurazione presente in questo protocollo, la visione dimostra con le strutture e la comprensione tecnica e il dettaglio della cura in questa esecuzione. Inizia accedendo al software del citometro. Nell'area di lavoro del software, selezionare Citometro, seguito da Avvio fluidico.Quindi scegli Modalità di pulizia. E infine, avvia SIT Flush. Prelevare 50 microlitri di spore in autoclave e incubarle con bromuro di etidio a un fattore di diluizione dello 0,05% volume per volume per 30 minuti al riparo dalla luce.Lavare le spore tre volte con PBS centrifugando a 17.949 G per 10 minuti e risospendendo in PBS. Successivamente, aggiungere 10 microlitri di perline seguendo le raccomandazioni del produttore per la diluizione e analizzare il campione utilizzando un citometro a flusso. Definire la strategia di gating in base alle caratteristiche morfometriche e di fluorescenza delle particelle utilizzando come riferimento il controllo negativo.Quindi mescolare delicatamente il tubo. Collegarlo alla sonda del citometro a flusso e fare clic su Acquisisci. Per impostare la potenza del laser, vai alla scheda dei parametri nella finestra del citometro, regola la dispersione in avanti a 375 e la dispersione laterale a 275.Quindi selezionare la scheda Soglia e impostarla su 500. Successivamente, analizzare il campione privo di colorante contenente solo spore per eliminare l'autofluorescenza. Nella scheda dei parametri, regolare le tensioni del rivelatore di filtri tre su 603 e le tensioni del rivelatore di filtri cinque su 538 per distinguere tra popolazioni negative e positive utilizzando la fluorescenza nei controlli.Quindi fare clic su Compensazione e impostare l'offset di impostazione del rilevatore di filtri 5 per 3 su uno. Per configurare il dispositivo per l'acquisizione, selezionare Esperimento, scegliere il layout dell'esperimento e impostare l'acquisizione su 30.000 eventi. Dopo aver regolato i parametri, acquisire i dati per i campioni etichettati e contenenti microsfere nel citometro a flusso.Centrifugare 50 microlitri di spore a 17,949 G per 10 minuti. Successivamente, risospendere le spore utilizzando 25 microlitri di 1-etil-3-3-dimetilamminopropil carbodiimmide e incubare per 15 minuti. Successivamente, aggiungere 25 microlitri di N-idrossisolfosuccinimide a una concentrazione di 50 millimolari alla sospensione di spore.Incubare la sospensione di spore a temperatura ambiente per 30 minuti. Lavare le spore tre volte con PBS centrifugando come mostrato in precedenza. Aggiungere proteine fluorescenti ai campioni e incubare per una notte a 15 gradi Celsius.Aggiungere 10 milligrammi per millilitro di bromuro di etidio diluito da 1 a 50, quindi lasciare i campioni su ghiaccio per un'ora, al riparo dalla luce. Dopo aver lavato le spore e definito i gate come mostrato in precedenza, modificare i parametri per il rilevatore di filtri tre sull'asse x e il rilevatore di filtri cinque sull'asse Y del dot plot. Il metodo delle perle di conteggio ha rilevato due volte 10 al terzo spore per microlitro nei campioni di spore in autoclave.Una colorazione al bromuro di etidio di campioni di spore in autoclave ha mostrato un'intensità di fluorescenza media più elevata rispetto alla colorazione di spore non sterilizzate in autoclave, indicando una maggiore colorazione del materiale genetico. La superficie delle spore dell'autoclave, accoppiata con l'anticorpo anti-interleuchina 10 umana marcato APC, ha mostrato una maggiore efficienza di accoppiamento rispetto alle spore non sterilizzate in autoclave. La presenza di spore permeabili al bromuro di etidio indicava la possibile presenza di spore germinate nella popolazione totale.Sulla base delle analisi di citometria a flusso, è stato osservato che l'anticorpo fluorescente mostrava una percentuale maggiore di accoppiamento con le spore dormienti rispetto a quelle germinate. Inoltre, all'aumentare della concentrazione di anticorpi fluorescenti, è stato osservato un aumento della percentuale di spore accoppiate e dell'intensità media della fluorescenza. È importante eseguire un'accurata omogeneizzazione delle perle di corrente per garantire letture precise attraverso la citometria a flusso e l'enumerazione accurata delle spore.Standardizzando la concentrazione di antigeni attaccati alle spore, gli studi canadesi analizzano l'uso delle spore come anticorpi vaccinali.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Improvement of Bacillus subtilis Spore Enumeration and Label Analysis in Flow Cytometry

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