RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Streptomyces بدورة حياة معقدة كانت صعبة تجريبيا لدراستها بالوسائل البيولوجية الخلوية. نقدم هنا بروتوكولا لإجراء الفحص المجهري بفاصل زمني مضان لدورة الحياة الكاملة عن طريق زراعة Streptomyces venezuelae في جهاز ميكروفلويديك.
كان تصوير الخلايا الحية للعمليات البيولوجية على مستوى الخلية المفردة مفيدا في فهمنا الحالي للتنظيم الخلوي للخلايا البكتيرية. ومع ذلك ، فإن تطبيق الفحص المجهري بفاصل زمني لدراسة العمليات البيولوجية للخلية التي تدعم التطور في البكتيريا الخيطية الأبواغية Streptomyces قد أعاقته صعوبات تقنية.
نقدم هنا بروتوكولا للتغلب على هذه القيود من خلال تنمية الأنواع النموذجية الجديدة ، Streptomyces venezuelae ، في جهاز ميكروفلويدي متاح تجاريا متصل بمجهر واسع النطاق مضان مقلوب. على عكس الأنواع النموذجية الكلاسيكية ، Streptomyces coelicolor ، S. venezuelae يتكون في سائل ، مما يسمح بتطبيق غرف نمو الموائع الدقيقة للزراعة والمراقبة المجهرية للتطور الخلوي وتمايز S. venezuelae على مدى فترات زمنية طويلة. بالإضافة إلى مراقبة التغيرات المورفولوجية ، يمكن أيضا تصور التوزيع المكاني والزماني للبروتينات المستهدفة المصنفة بالفلورسنت عن طريق الفحص المجهري بفاصل زمني. علاوة على ذلك ، توفر منصة الموائع الدقيقة المرونة التجريبية لتبادل وسط الاستزراع ، والذي يستخدم في البروتوكول التفصيلي لتحفيز تكاثر S. Venezuelae في غرفة الموائع الدقيقة. يتم الحصول على صور لدورة حياة S. venezuelae بأكملها على فترات زمنية محددة ومعالجتها في برنامج فيجي مفتوح المصدر لإنتاج أفلام من السلاسل الزمنية المسجلة.
Streptomycetes هي البكتيريا التي تعيش في التربة التي تتميز بها دورة التنموية المعقدة التي تنطوي على تمييز الصرفي من ذلك، أفطورة متعددة الخلايا، مسح المغذيات إلى نائمة، جراثيم unigenomic 1-3.
في ظل ظروف النمو المواتية، يبدأ بوغ نموذجية السبحية لتنبت قذف واحد أو اثنين من أنابيب الجرثومية (الشكل 1). هذه الأنابيب استطال استطرادا طرف وتنمو لتصبح شبكة خوطي متفرعة المعروفة باسم أفطورة الخضري. يتم توجيه النمو القطبي والمتفرعة خوطي من قبل DivIVA البروتين ضروري. هذا البروتين ملفوف لفائف هو جزء من مجمع حشوية كبير يسمى polarisome، وهو أمر حاسم لإدخال مواد جديدة خلية المغلف في الطرف تمتد 4-7. خلال النمو الخضري، وخيوط خوطي تصبح مجزأة عن طريق تشكيل نادرة من ما يسمى عبر الجدران 8. تشكيل هذه الجدران عبر إعادة ملازم بروتين زد، البروتين مثل تويولين هيكل الخلية التي لا غنى عنها لانقسام الخلايا في معظم البكتيريا 9. في السبحية، ولكن هذه الخضري عبر الجدران لا تؤدي إلى انقباض وخلية خلية الانفصال، وبالتالي يبقى كتلة فطر كشبكة من المقصورات المخلوي مترابطة. وردا على الحد من المغذيات والإشارات الأخرى التي ليست مفهومة جيدا، خيوط جوي متخصص كسر بعيدا عن أفطورة الخضري وتنمو في الهواء 3. تشييد هذه الهياكل يبدأ المرحلة الإنجابية للتنمية، وخلالها خيوط الجوي متعدد الجيني طويلة تصبح مقسمة إلى عشرات متساوية الحجم مقصورات prespore unigenomic. هو الدافع وراء هذا الحدث انقسام الخلايا الهائل من انقباض متزامن من حلقات بروتين زد متعددة داخل واحد 2،10 خيوط مولد الأبواغ. اكتمال التمايز الصرفي من قبل الافراج عن نائمة، وجراثيم المصطبغة سميكة الجدران.
ر "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 ">
أحداث التنموية الرئيسية في دورة الحياة السبحية تتميز بشكل جيد 1،3. ومع ذلك، ما يزال نادرة هي الخلايا البيولوجية الدراسات التي تستخدم مضان الوقت الفاصل بين المجهري لتوفير نظرة ثاقبة على العمليات التي تقوم عليها التحت خلوية التمايز، مثل ديناميات البروتين التوطين والحركة كروموسوم وانقسام الخلايا تسيطر تنمويا. وقد تم التصوير تعيش خلايا التنمية السبحية صعبة بسبب تعقيد دورة الحياة والخصائص الفسيولوجية للكائن الحي. وقد استخدمت الدراسات السابقة على النمو الخضري والمراحل الأولى من تحوجز تبوغ غرف التصوير الأكسجين منفذة، أو نمو المدعومة الاغاروز من السبحية coelicolor على خشبة المسرح المجهر 11-15. هذه الطرق، ومع ذلك، محدودة بسبب عدد من العوامل. بعض الأنظمة لا تسمح التصوير على المدى القصير من النمو الخلويد البروتينات الفلورية قبل خلايا تعاني من عدم كفاية إمدادات الأوكسجين أو تنمو من طائرة الوصل بسبب نمط ثلاثي الأبعاد للتنمية خوطي. في الحالات التي يكون فيها التصوير على المدى الطويل هو ممكن، وزراعة الخلايا على منصات الاغاروز حدود المرونة التجريبية لأن الخلايا لا يمكن أن تتعرض لظروف النمو أو الإجهاد البديلة، ومضان الخلفية من المتوسط في منصات الاغاروز يحد بشدة من قدرة على رصد أضعف الفلورسنت إشارات.
نحن هنا تصف بروتوكول للتصوير الخلايا الحية من دورة الحياة الكاملة السبحية بدقة ممتازة وحساسية. من خلال زراعة السبحية في جهاز ميكروفلويديك متصلة مضان widefield المجهر (الشكل 2)، ونحن الآن قادرون على رصد الإنبات والنمو الخضري وتحوجز تبوغ على مدى فترة زمنية تصل إلى 30 ساعة. ومما يسهل هذا كثيرا من استخدام السبحية نموذج حي الجديدة م> venezuelae لأنه sporulates إلى قرب الانتهاء في الثقافة المغمورة، وبالتالي يتغلب على الحد من الأنواع النموذج الكلاسيكي س. coelicolor، التي sporulates فقط على وسائل الاعلام الصلبة 16-20. للمساعدة في تصور النمو الخضري وتبوغ، شاركنا في التعبير عن الموسومة fluorescently إصدارات DivIVA علامة الخلية القطبية والمفتاح البروتين انقسام الخلايا بروتين زد.
نحن نستخدم جهاز ميكروفلويديك المتاحة تجاريا التي استخدمت بنجاح لالمتفطرات، كولاي، الوتدية glutamicum، العصوية الرقيقة والخميرة 21-25. نظام الفخاخ الخلايا في المستوى البؤري واحدة، وتتيح للسيطرة نضح المستمر من مستنبت من مختلف الخزانات. في بروتوكول مفصلة علينا أن نستفيد من هذه الميزة لفضح س. venezuelae أفطورة الخضري إلى بالاستعداد الغذائية لتعزيز تبوغ.
بروتوكول ديمكتوب هو للتصوير الخلايا الحية من دورة حياة السبحية بأكملها، ولكن الظروف وسائل الإعلام البديلة أو إعدادات المجهر ويمكن اختيار إذا مراحل نمو محددة ذات أهمية خاصة.

الشكل 2: رسم تخطيطي تصور التجريبي تدفق العمل. وتظهر الخطوات الرئيسية الثلاثة المذكورة في البروتوكول. أولا، يتم إعداد الجراثيم والمتوسطة أمضى من ثقافة مرحلة ثابتة. ثانيا، يتم تحميل جراثيم جديدة في نظام ميكروفلويديك وس. والتقط venezuelae طوال دورة حياتها التنموية باستخدام المجهر المقلوب مؤتمتة بالكامل مع غرفة الحضانة للحفاظ على درجة حرارة النمو المثلى. ثالثا، تحليل السلاسل الزمنية الفاصل بين الحصول على ومعالجتها باستخدام برمجيات المصدر المفتوح فيجي.
1. عزل الطازجة س. venezuelae الجراثيم وإعداد المتوسطة ثقافة المستهلك
2. إعداد الجهاز ميكروفلويديك
ملاحظة: كل جيش التحرير الشعبى الصينى ميكروفلويديكالشركة المصرية للاتصالات تمكن ما يصل إلى أربعة تجارب مستقلة التي يتعين الاضطلاع بها. لتجنب التلوث من الدوائر تدفق غير المستخدمة، واستخدام الحلول العقيمة وظروف العمل عند إعداد التجربة.
3. إعداد للمجهر وبروتوكول الوقت الفاصل
ملاحظة: تم تنفيذ هذا الأسلوب على المجهر widefield مقلوب بمحركات تماما والآلية مزودة بكاميرا sCMOS، مصباح المعادن هاليد، وضبط تلقائي للصورة الأجهزة، حامل مرحلة لوحات 96-جيدا والغرفة البيئية.
4. الجيل الأفلام الوقت الفاصل عن طريق فيجي البرمجيات
ملاحظة: نلاحظ أن تختلف حزم البرمجيات التجارية والمجانية المتاحة لمعالجة الوقت الفاصل بين الصور المجهر بما في ذلك ZenBlue، Metamorph، الجليدية، ImagePro أو يماغيج. نحن هنا نركز على فيجي، وهو برنامج معالجة الصور مفتوح المصدر على أساس يماغيج، والذي يوفر عددا من الإضافات المثبتة مسبقا مفيدة.
الناجح التصوير الخلية الحية من S. كامل دورة الحياة venezuelae غلة مستمر السلاسل الزمنية بما في ذلك مراحل النمو الرئيسية للإنبات والنمو الخضري وتبوغ (الشكل 3، فيلم 1). ومما يعزز التصور للتطور من خلال دورة حياة أبعد من ذلك توطين التحت خلوية متميزة من DivIVA-mCherry وبروتين زد-YPet. أثناء الإنبات والنمو الخضري، DivIVA-mCherry يتراكم على وجه الحصر في تزايد نصائح خوطي أو علامات تشكيل حديثا نقاط فرع الشكل (4A). هذه النتائج تتماشى مع المواقع التحت خلوية ذكرت سابقا من DivIVA 12،26. في المقابل، بروتين زد-YPet تشكل هياكل تشبه حلقة واحدة على فترات غير منتظمة في المشيجة تبعها (الشكل 4B). وتوفر هذه الهياكل السقالة لتركيب غير التضييقية الخضري الجدران عبر، مما يؤدي إلى تشكيل interconnالمقصورات خوطي ECTED 8. وتمايز الخلايا على النمو خيوط في خيوط مولد الأبواغ تصبح مرئية من قبل اختفاء القطبية بؤر DivIVA-mCherry، القبض على النمو القطبي ويصاحب ذلك زيادة في بروتين زد-YPet مضان (الشكل 4C). في sporulating خيوط، ونمط توطين بروتين زد-YPet يتغير بشكل كبير. الأولى حلزونية خيوط بروتين زد-YPet تعثر على طول خوط وبعد ذلك، في المفاجئ، حدث متزامن تقريبا، وهذه اللوالب تتجمع في سلم متباعدة بصورة منتظمة حلقات بروتين زد-YPet. في ظل الظروف التجريبية الموصوفة هنا، هذه موزعة بالتساوي سلالم بروتين زد-YPet تستمر لحوالي 2 ساعة. وأخيرا، تبوغ الحاجز تصبح مميزا في المقابل تدخل الفرق (DIC) صور (الشكل 4D) وفي النهاية يتم الافراج عن جراثيم جديدة.
بروتوكول لاحق واصفا معالجة الصور باستخدام تنص على البرنامج فيجي تيب بخطوة شرح لكيفية إنتاج فيلم للنشر من سلسلة مرور الزمن المكتسب (فيلم 1).

الشكل (3): صور لقطة من ممثل الوقت الفاصل بين مضان المجهر سلسلة من س. venezuelae إنتاج fluorescently المسمى بروتين زد (الخضراء) وDivIVA (الأحمر) أظهرت هي إطارات مختارة من الصور المدمجة (أعلى لوحة: طلب تقديم العروض-YFP-مدينة دبي للإنترنت، أسفل لوحة: DIC). تصور دورة حياة السبحية بما في ذلك الإنبات والنمو الخضري والتجرثم. وقد أخذت صور من الفيلم 1. الوقت في ساعة: دقيقة. على نطاق والحانات = 5 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
د / 53863 / 53863fig4.jpg "/>
الشكل 4: نتائج الممثل لنجاح سلسلة الوقت الفاصل بين دورة حياة السبحية (A) توطين DivIVA-mCherry. المعروضة هي لقطات من يومين النقاط الزمنية اللاحقة من الفيلم 1 مع الصور المدمجة من طلب تقديم العروض والقنوات مدينة دبي للإنترنت. يصادف DivIVA-mCherry مواقع فرع خوطي الجديدة (شغل في رأس السهم) ويموضع في الطرف خوطي لتوجيه النمو القطبي (مفتوحة رأس السهم). شريط مقياس = 10 ميكرومتر (ب) بروتين زد-YPet توطين خلال النمو الخضري (رأس السهم). بروتين زد-YPet تشكل هياكل تشبه حلقة واحدة (لوحة العليا) التي لا انقباض (DIC، اللوحة السفلى). (C) بروتين زد-YPet (الأخضر) توطين خلال تحوجز تبوغ. وتظهر بؤر DivIVA-mCherry باللون الأحمر، مع الوقت المنقضي يصور أدناه (ساعة: دقيقة). مقياس شريط: 5 ميكرون. (D) الموافق صور مدينة دبي للإنترنت من خيوط sporulating من (C) والتي تبين شكلأوجه من المقصورات prespore مع الحاجز تبوغ مرئية (الصورة اليسرى)، والتي تستحق في نهاية المطاف إلى سلسلة من الجراثيم (الصورة اليمنى). الوقت في ساعة: دقيقة. مقياس شريط = 5 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

فيلم 1: الوقت الفاصل بين مضان المجهر سلسلة من السبحية venezuelae دورة الحياة ويتكون الفيلم من صور-طلب تقديم العروض YFP المدمجة (يسار) والمقابلة تدخل الفرق المقابل (DIC) صور (يمين). يظهر DivIVA-mCherry في الحمراء وبروتين زد-YPet باللون الأخضر. الفاصل الزمني بين الإطارات واحدة 40 دقيقة. شريط النطاق = 10 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض ثيالصورة الفيلم.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
Streptomyces بدورة حياة معقدة كانت صعبة تجريبيا لدراستها بالوسائل البيولوجية الخلوية. نقدم هنا بروتوكولا لإجراء الفحص المجهري بفاصل زمني مضان لدورة الحياة الكاملة عن طريق زراعة Streptomyces venezuelae في جهاز ميكروفلويديك.
يشكر المؤلفون جرانت كالدر على المساعدة الفنية في المجهر ، ومات بوش على التعليقات على البروتوكول ، ومركز جون إينيس لشراء مجهر زايس واسع النطاق. تم تمويل هذا العمل من قبل منحة BBSRC BBSRC BB / I002197 / 1 (إلى M.J.B) ، من قبل منحة البرنامج الاستراتيجي لمعهد BBSRC BB / J004561 / 1 لمركز جون إينيس ، من قبل منحة مجلس البحوث السويدي 621-2010-4463 (إلى K.F.) ، ومن خلال زمالة ليوبولدينا لما بعد الدكتوراه (إلى SS).
| B04A CellAsic ONIX لوحة للخلايا البكتيرية | Merck-Millipore | B04A-03-5PK | لوحات ثقافة الموائع الدقيقة |
| CellAsic ONIX نظام التروية الدقيقة و ONIX FG (الإصدار 5.0.2) | Merck-Millipore | EV-262 | يمكن العثور على أحدث إصدار من ONIX (يوليو 2015) وإرشادات حول كيفية استخدام البرنامج هنا: http://www.merckmillipore.com |
| Axio Observer.Z1 مجهر | زايس | 431007-9902-000 | حاضنة مجهر واسع المجال مقلوب مؤتمتة بالكامل وآلية |
| XL multi S1 مع وحدة درجة الحرارة S1 ووحدة التسخين XL S2 | Zeiss | 411857-9061-000 | الغرفة البيئية المحيطة بالمجهر |
| Plan-Apochromat 100x / 1.46 Oil DIC الهدف | Zeiss | 420792-9800-000 | |
| Ocra FLASH 4 V2 | Hamamatsu Photonics KK. | C11440-22CU | |
| Illuminator HXP 120V | Zeiss | 423013-9010-000 | |
| FL مجموعة المرشحات 46 HE YFP خالية من التحول | Zeiss | 489046-9901-000 | مجموعة مرشحات الفلورسنت ، الإثارة 500/25 نانومتر ، انبعاث 535/30 نانومتر |
| FL مجموعة المرشحات 63 HE RFP shift free | Zeiss | 489063-0000-000 | مجموعة مرشحات الفلورسنت ، الإثارة 572/25 نانومتر ، الانبعاثات 629/30 نانومتر |
| إطار التركيب KM للآبار المتعددة لوحات | Zeiss | 000000-1272-644 | حامل المرحلة للوحة الموائع الدقيقة |
| ZEN pro 2012 | Zeiss | 410135-1002-120 | برنامج التحكم في المجهر |
| ZEN وحدة الفاصل الزمني | Zeiss | 410136-1031-110 | وحدة برمجية لإعداد تجارب الفحص المجهري بفاصل زمني ZEN |
| Module Tiles / Positions | Zeiss | 410136-1025-110 | وحدة برمجيات لحفظ مواضع مرحلة محددة (ززي) |
| حزمة برامج | فيجي | مفتوحةالمصدرhttp://fiji.sc/Fiji< / u> | جيل من أفلام الفاصل الزمني |
| <قوية>مستخلص الخميرة المالتوز (MYM)< / strong> 4 جم من مستخلص الخميرة 4 جم مستخلص الخميرة 10 جم من مستخلص الشعير أضف 1 لتر H2O باستخدام 50٪ ماء الصنبور و 50٪ ماء التناضح العكسي واستكمل مع 200 مل من محلول العناصر النزرة R2 لكل 100 مل بعد التعقيم | وسط Sporulation المستخدم في زراعة S. venezuelae< / em> SV60< | ||
| strong>R2 محلول العناصر النزرة (TE)< / قوي > 8 مجم ZnCl 2< / sub> 40 مجم FeCl 3< / sub>-6H 2< / sub> O 2 مجم CuCl 2< / sub>-2H2O 2 ملغ MnCl2-4H2O 2 mg Na2B4O7-10H2O 2 mg ( NH4)6Mo7O24-4H2O إضافة 200 مل H2O الأوتوكلاف وتخزينه في 4 oC | أضف 0.002 وحدة تخزين إلى MYM | ||
| PBS (محلول ملحي مخزن بالفوسفات) | Sigma | P4417-100TAB | يستخدم لإعادة ملء آبار المدخل للممرات غير المستخدمة في ألواح B04A من أجل إعداد اللوحة للتخزين قصير الأجل. |
| 0.22 وميكرو ؛ مرشحات المحقنة m | Satorius stedim | 16532-K | تحضير مجموعة سلالات |
| MYM-TE | SV60 | John Innes Centre | المستهلكة S. venezuelae< / em> سلالة تعبر عن divIVA-mcherry< / em> و ftsZ-ypet< / em> |