本文介绍了一种利用改良的整体原位杂交方法,对蜱肠道内可存活微生物群在空间和时间上的分布进行评估的实验方案。
方法文章
本文介绍了一种利用改良的整体原位杂交方法,对蜱肠道内可存活微生物群在空间和时间上的分布进行评估的实验方案。
节肢动物媒介传播的传染病继续对全球人类健康构成重大威胁。这些病原体在定植媒介生物时并非孤立存在,而是可能与肠道腔内常驻微生物发生相互作用。已有研究表明,媒介生物的微生物群在多种虫媒传染病的病原体传播过程中发挥着重要作用。肠道内常驻细菌是否影响病原体 Ixodes scapularis 蜱,多种人类病原体的传播媒介,包括 Borrelia burgdorferi 影响蜱传播病原体的因素尚未明确。我们需要方法来表征与蜱肠道相关的细菌组成,以促进对蜱肠道内潜在种间相互作用的深入理解。采用整体标本 原位 通过杂交技术对特定细菌物种相关的RNA转录本进行可视化,可获取关于完整组织中微生物群丰度与分布的定性数据。该技术可用于研究蜱虫吸血过程中肠道微生物群环境的变化,也可用于分析蜱虫基因的表达。对完整蜱虫肠道进行染色,能够在无需三维重建的情况下获得目标RNA在组织中的宏观空间分布信息,且受环境污染物干扰较小,而基于测序的方法在研究复杂微生物群落时常常受到此类污染的干扰。总体而言,该技术是一种有价值的工具,有助于深入理解媒介-病原体-微生物群之间的相互作用及其在疾病传播中的作用。
通过节肢动物媒介传播的人类和家畜病原体在全球范围内广泛存在,约占全球传染病总数的20%1,但目前尚无针对大多数此类病原体的有效且安全的疫苗。人们对共生、互利及致病性微生物(统称为微生物组2)在调控和塑造几乎所有后生动物健康方面所起重要作用的理解正在不断深入3。目前已有明确证据表明,病原体的节肢动物媒介体内也存在肠道微生物群,且这些与媒介相关的微生物群已被证实可影响多种虫媒传播的病原体4,5。节肢动物的微生物组包括真细菌、古菌、病毒以及原生动物、线虫和真菌等真核微生物6。然而,由于存在可用于鉴定特定细菌成员的标记基因和参考数据库,当前的研究重点主要集中在真细菌上。
以……为重点 Ixodes scapularis,多种人类病原体的蜱传媒介,包括 Borrelia burgdorferi7, 莱姆病的病原体,旨在通过优化一种微生物可视化技术,以增进我们对蜱虫肠道微生物群在媒介-病原体相互作用背景下作用的理解。蜱微生物组领域仍有许多问题有待解答。对于水平传播的病原体而言,肠道是蜱与入侵病原体首次发生长期接触的部位;因此,阐明媒介肠道微生物群在调节媒介-病原体相互作用中的作用,将提供具有重要意义的科学见解。蜱具有独特的血液餐消化模式,其血液餐成分的处理过程在细胞内进行8肠道腔似乎在蜱虫吸血过程中起到容纳血餐的作用,营养物质的消化与吸收在数天的吸血过程中持续进行,并在吸血结束后继续进行。蜱虫在吸血期间获得的病原体随血餐一同进入肠道腔,因此肠道腔成为蜱虫、病原体以及常驻微生物群之间相互作用的主要场所。随着消化过程在饱血后持续进行 硬蜱科 蜱虫蜕皮过程中,肠道会发生结构和功能上的变化9肠道细菌的组成及其空间分布很可能随着肠道微环境的变化而协同改变。因此,深入了解蜱虫肠道中定植细菌的结构,对于全面理解蜱虫、病原体与肠道微生物群之间的相互作用至关重要。
利用高通量并行测序策略是描述宿主相关微生物群的常规分子技术10 扩增并测序细菌16S核糖体DNA(rDNA)。这些测序策略避免了获取特定细菌纯培养物的需要,并能够深入描述样本中存在的全部细菌成员。然而,这些策略因无法区分环境污染物与真实样本中的细菌而受到干扰。 真正有效的 居民。此外,在检测蜱虫等体积较小、因而微生物特异性DNA含量较低的样本时,环境污染物被扩增的可能性会增加11 并导致对微生物组构成的模糊解读。因此,结合特定可存活细菌的可视化进行功能表征,对于在时间和空间上明确界定和区分蜱虫微生物组至关重要。为实现这一目标,我们利用了整体RNA原位杂交技术 原位 杂交。该技术通常用于评估器官和胚胎中的基因表达模式12,13,14 并允许对整个目标样本进行半定量表达分析。这与传统的 原位 利用组织切片的杂交技术,通常需要对切片材料进行大量分析,并通过计算组装来预测整个器官中的表达情况15虽然整体染色通常指对完整生物体的染色12,此处“whole-mount”指完整的肠道或器官。使用完整器官进行RNA原位杂交的优势在于 原位 评估蜱虫肠道微生物群结构的杂交方法具有多重优势。蜱虫肠道由7对盲囊组成,每对盲囊在大小上各不相同16这些憩室在蜱类生物学、蜱微生物群或蜱-病原体相互作用背景下的功能差异(如果存在)尚不明确。对肠道进行操作时若导致肠道憩室破裂,会扰乱存在于肠腔内的微生物群或与肠道松散结合的微生物,从而导致对微生物群空间定位的误判。荧光标记的RNA 原位 杂交技术先前已被用于检测蜱虫肠道转录本17 通过固定并打开单个肠道憩室,以确保探针杂交并实现定位 B. burgdorferi 通过切片石蜡包埋的完整蜱虫获取转录本18这两种方法均需在杂交前对蜱虫组织进行操作,从而影响肠道微生物群的结构。
在本报告中,我们详细描述了利用整体标本技术检测活体蜱肠道微生物群的实验方案 原位 杂交(WMISH)。使用整装RNA 原位 杂交技术能够全面了解特定肠道细菌在蜱虫肠道不同区域的存在及其丰度,有助于深入理解蜱虫肠道生物学,特别是在病原体定植与传播背景下的相关机制。此外,使用针对特定细菌RNA的RNA探针可实现对蜱虫肠道中活菌的检测。
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1. DNA模板的制备
2. 地高辛标记-UTP RNA 探针的构建
3. 通过RNA甲醛凝胶电泳可视化RNA探针以评估RNA纯度
警告:甲醛具有吸入性危害,因此配制RNA凝胶分析所需溶液时应在通风橱中进行。溴化乙锭为疑似致癌物,操作时需小心谨慎。
4. 蜱肠道的采集与固定
5. 网格样品篮和24孔篮架的构建
6. 原位 杂交:第1天(用时:4–5小时)
7. 原位 杂交:第2天(用时:4.5 - 5.5 小时)
8. 原位 杂交:第3天(时间:6小时至过夜)
9. 原位 杂交:第4天(用时:3 - 3.5 小时)
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在开始染色之前,对RNA探针的质量进行测量和评估至关重要。In vitro转录效率在很大程度上取决于DNA模板的数量和质量。我们通常通过甲醛凝胶电泳观察RNA探针,以验证转录反应所产生的探针的纯度和产量。探针应呈现为明亮且清晰的条带(图2)。RNA浓度的分光光度测定结果能很好地反映探针质量,并与凝胶上条带的外观高度一致。因此,一旦熟悉了该实验方案,可视情况省略凝胶观察步骤。无论采用何种方式,都必须确保产生足量且高质量的RNA,因为后续所有步骤均依赖于探针的稳定性与有效性。
该技术的优势在于能够对蜱虫微生物群进行广泛观察,包括细菌种类的存在与否、蜱虫取食过程中细菌丰度随时间的变化,以及细菌在整块组织中的定位。在生物学重复样本之间,以及在单个蜱虫肠道的7对盲囊之间,染色程度和分布存在一定的自然变异(图3),因此,为了解平...
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这是整体装片技术的首次应用 原位 杂交(WMISH)技术来研究病原体节肢动物载体的微生物群。我们的方案改编自一种用于研究发育的方案 果蝇 以及在青蛙胚胎中25,26整体RNA原位杂交 原位 杂交技术已常规用于在时空上定位基因转录本27 以及转录本的可视化可通过明场显微镜或荧光显微镜完成。我们已采用前者用于检测蜱虫肠道中的微生物群。需要注意的是,尝试进行整体样本 原位 使用去除头部以便固定液和杂交溶液渗透的完整蜱虫进行杂交未获成功。本文所述方案采用分离的蜱肠组织,已用于研究特定蜱虫蛋白对中肠内细菌定植的影响。23. WMISH 获得的信息可与免疫组织化学相媲美,但其优势在于无需针对目标基因或蛋白产生相应的蛋白和抗体。基因组信息足以用于生成 WMISH 所需的试剂。WMISH 和 FISH(荧光原位杂交)均可检测基因表达。然而,由于 WMISH 是一种基于酶反...
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作者声明无利益冲突。
我们衷心感谢耶鲁大学的Mustafa Khokha博士提供其实验室资源。感谢吴明杰先生在技术上的出色协助。EF是霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的研究员。本工作得到了John Monsky与Jennifer Weis Monsky莱姆病研究基金捐赠的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 赛法 NITEX 尼龙网,110 微米 | 亚马逊 | 03-110/47 | |
| pGEM-T Easy 载体系统 | 宝生物工程(Promega) | A1360 | |
| 地高辛-11-UTP | 罗氏(Roche) | 1209256910 | |
| dNTP | 新英格兰生物实验室(New England Biolabs) | N0447S | |
| DNase I(无RNase) | 新英格兰生物实验室(New England Biolabs) | M0303S | |
| HiScribe SP6 RNA 合成试剂盒 | 新英格兰生物实验室(New England Biolabs) | E2070S | |
| HiScribe T7 高产 RNA 合成试剂盒 | 新英格兰生物实验室(New England Biolabs) | E2040S | |
| 无RNase水,DEPC处理 | 美国生物分析公司(American Bioanalytical) | AB02128-00500 | |
| EDTA,0.5 M,pH 8.0 | 美国生物分析公司(American Bioanalytical) | AB00502-01000 | |
| 甲醛,37% | JT Baker | 2106-01 | |
| 甲酰胺 | 美国生物分析公司(American Bioanalytical) | AB00600-00500 | |
| EGTA | Sigma Aldrich | E-4378 | |
| DPBS,10X | 吉比科(Gibco) | 14300-075 | |
| 吐温-20 | Sigma Aldrich | P1379-25ML | |
| 蛋白酶K | Sigma Aldrich | 3115879001 | |
| 三乙醇胺盐酸盐 | Sigma Aldrich | T1502-100G | |
| 乙酸酐 | Sigma Aldrich | 320102-100ML | |
| 多聚甲醛 | 赛默飞世尔科技/派斯(ThermoScientific/Pierce) | 28906 | |
| SSC,20X | 美国生物分析公司(American Bioanalytical) | AB13156-01000 | |
| 酿酒酵母RNA | Sigma Aldrich | R3629-5G | |
| 肝素钠 | Sigma Aldrich | H3393-10KU | |
| Denhardt溶液,50X | Sigma Aldrich | D2532-5ML | |
| CHAPS水合物 | Sigma Aldrich | C3023-1G | |
| RNase A | Sigma Aldrich | 10109142001 | |
| RNase T1 | 赛默飞世尔科技(ThermoScientific) | EN0541 | |
| 马来酸 | Sigma Aldrich | M0375-100G | |
| 封闭试剂 | Sigma Aldrich | 11096176001 | |
| 抗地高辛-碱性磷酸酶,Fab片段 | Sigma Aldrich | 11093274910 | |
| 左旋咪唑盐酸盐 | Sigma Aldrich | 31742-250MG | |
| 碱性磷酸酶显色底物 | Sigma Aldrich | 11442074001 | |
| 波因溶液(Bouin's solution) | Sigma Aldrich | HT10132-1L | |
| 过氧化氢 | 马林克罗特公司(Mallinkrodt Baker, Inc) | 2186-01 | |
| 单链RNA分子量标准 | Ambion -Millenium | AM7151 | |
| #11 高碳钢刀片 | C and A Scientific Premiere | #11-9411 | |
| PCR仪 | 伯乐(BioRad, CA) | 1851148 | |
| 分光光度计 | 赛默飞世尔科技(ThermoScientific) | NanoDrop 2000C | |
| 旋转摇床 | VWR | DS-500E 数字旋转摇床 | |
| 振荡水浴箱 | BELLCO 玻璃公司(BELLCO Glass, Inc) | Hot Shaker-7746-12110 | |
| 凝胶成像系统 | 伯乐(BioRad) | Gel Doc XR+ 凝胶成像系统 | |
| 明场显微镜 | 尼康(Nikon) | NikonSM2745T | |
| 明场显微镜 | 蔡司(Zeiss) | AXIO Scope.A1 | |
| 解剖显微镜 | 蔡司(Zeiss) | STEMI 2000-C | |
| 光源箱 | VWR | 102097-658 | |
| PCR纯化试剂盒 | 凯杰(Qiagen) | 28104 | |
| 图像采集软件 | 蔡司(Zeiss) | Zen lite | |
| 图像编辑软件 | Adobe | Adobe Photoshop CS4 版本 11.0 | |
| 图像分析软件 | 美国国立卫生研究院(National Institutes of Health) | ImageJ-NIH /imagej.nih.gov/ij/ | |
| 自动化兼容仪器 | 德国图宾根Intavis生物分析仪器公司(Intavis Bioanalytical Instruments, Tubingen, Germany) | Intavis, Biolane HT1.16v |
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