Mikrotiterschale Biofilmbildung Assay

Zusammenfassung

Der Test beschreibt ein schnelles Mittel zur frühen Bildung von Biofilmen in Bakterien und Pilzen zu messen. Diese Methode verwendet eine Mikrotiterplatte als Substrat für die mikrobielle Bildung von Biofilmen und der Biofilm wird visualisiert Kristallviolett Belastung. Der Test liefert entweder eine qualitative oder quantitative Assay für die frühe Bildung von Biofilmen.

Zusammenfassung

Biofilme sind Gemeinschaften von Mikroben an Oberflächen, die in medizinischen, industriellen und natürlichen Umgebung gefunden werden kann. In der Tat, das Leben in einem Biofilm stellt wahrscheinlich die vorherrschende Art des Wachstums für die Mikroben in den meisten Umgebungen. Ältere Biofilme haben ein paar besondere Eigenschaften. Biofilm Mikroben sind in der Regel durch eine extrazelluläre Matrix, die Struktur und den Schutz der Gemeinschaft stellt umgeben. Mikroben wachsen in einem Biofilm auch eine charakteristische Architektur der Regel aus macrocolonies (mit Tausenden von Zellen) von mit Flüssigkeit gefüllten Kanälen umgeben zusammen. Biofilm-grown Mikroben sind auch berüchtigt für ihren Widerstand gegen eine Reihe von antimikrobiellen Wirkstoffen, einschließlich klinisch relevante Antibiotika.

Die Mikrotiterplatte Assay ist ein wichtiges Instrument für die Erforschung der frühen Stadien der Biofilmbildung und wurde in erster Linie für die Untersuchung von bakteriellen Biofilmen eingesetzt, obwohl dieser Test wurde auch verwendet, um Pilz-Biofilmbildung zu studieren. Da dieser Test mit statischen-, Chargen-Wachstumsbedingungen, ist es nicht für die Bildung der reifen Biofilme in der Regel mit Durchflusszelle Systeme ausreichen. Allerdings hat der Test wurde auf die Identifizierung von vielen Faktoren für die Initiation der Biofilmbildung (dh Flagellen, Pili, Adhäsine, Enzyme in zyklischen-di-GMP verbindlich und Stoffwechsel beteiligt sind) erforderlich wirksame und gut wie Gene in extrazellulären Polysaccharid Produktion beteiligt. Darüber hinaus zeigt veröffentlichten Arbeit, dass Biofilme in Mikrotiterplatten Gerichte gewachsen einige Eigenschaften der reifen Biofilme entwickeln, ein solches Antibiotikum Toleranz und Widerstand gegen das Immunsystem Effektoren.

Diese einfache Mikrotiterschale Assay ermöglicht die Bildung eines Biofilms auf der Wand und / oder am Ende einer Mikrotiterplatte. Der hohe Durchsatz der Natur des Assays ist es nützlich für genetische Screens, sowie Test Biofilmbildung durch mehrere Stämme unter verschiedenen Wachstumsbedingungen. Varianten dieses Tests wurden verwendet, um frühe Bildung von Biofilmen für eine Vielzahl von Mikroben, einschließlich Beurteilung aber nicht, Pseudomonaden, Vibrio cholerae, Escherichia coli, Staphylokokken, Enterokokken, Mykobakterien und Pilze beschränkt.

In der hier beschriebene Protokoll, werden wir über die Verwendung dieses Assays zur Bildung von Biofilmen durch die Modell-Organismus Pseudomonas aeruginosa-Studie konzentrieren. In diesem Test wird das Ausmaß der Bildung von Biofilmen gemessen mit dem Farbstoff Kristallviolett (CV). Allerdings haben eine Reihe von anderen kolorimetrischen und metabolische Flecken für die Quantifizierung der Biofilmbildung mit der Mikrotiterplatte Assay berichtet worden. Die einfache, niedrige Kosten und Flexibilität der Mikrotiterplatte Test hat es ein wichtiges Werkzeug für die Untersuchung von Biofilmen.

Protokoll

1. Growing a Biofilm

1. Wachsen einer Kultur des Wildtyp Pseudomonas aeruginosa oder mutierten Stamm über Nacht in einem Vollmedium (dh LB)
2. Verdünnen Sie die über Nacht Kultur 1:100 in frisches Medium für Biofilm-Assays. Ein Standard-Biofilm Assay-Medium für P. aeruginosa ist M63 Minimalmedium mit Magnesiumsulfat, Glucose und Casaminosäuren (siehe Tabelle) ergänzt. Als Alternative Biofilm-Förderung Medium, das weniger Plankton Wachstum und eine robustere Biofilm, der Glucose-und Casaminosäuren stimuliert mit Arginin als alleinige Kohlenstoff-und Energiequelle ersetzt werden.
3. 100 l der Verdünnung pro Well in einer 96-well Schale. Für die quantitative Assays, wir verwenden in der Regel 4-8 replizieren Vertiefungen für jede Behandlung.
4. Inkubieren Sie die Mikrotiterplatte für 4-24 h bei 37 ° C.

2. Die Färbung der Biofilm

1. Nach der Inkubation auskippen Zellen durch Drehen der Platte über und Ausschütteln der Flüssigkeit.
2. Sanft tauchen die Platte in eine kleine Wanne mit Wasser (dh die Böden der Pipettenspitze Boxen für P1000 pipetmen als die Wanne). Schütteln Sie Wasser. Wiederholen Sie diesen Vorgang ein zweites Mal. Dieser Schritt hilft bei der Entfernung ungebundenen Zellen und Medien-Komponenten, die im nächsten Schritt gefärbt werden können, und senkt Hintergrundfärbung.
3. Add 125 ul einer 0,1% igen Kristallviolett-Lösung in Wasser in jede Vertiefung der Mikrotiterplatte. Handschuhe und Laborkittel und gleichzeitig die Lösung. Vorsicht beim Abwiegen der CV als das Pulver ist hygroskopisch und leicht Flecken Kleidung, Haut, etc.
4. Inkubieren Sie die Mikrotiterplatte bei Raumtemperatur für 10-15 min.
5. Spülen Sie die Platte 3-4 mal mit Wasser durch Eintauchen in eine Wanne mit Wasser wie oben beschrieben, schütteln und klopfen Sie kräftig auf einem Stapel von Papiertüchern, um die Platte aller überschüssigen Zellen und Farbstoff zu befreien.
6. Schalten Sie die Mikrotiterplatte auf den Kopf und trocken für ein paar Stunden oder über Nacht.
7. Für qualitative Untersuchungen, kann der Brunnen fotografieren, wenn sie trocken werden.

3. Die Quantifizierung der Biofilm

1. Add 125 ul 30% Essigsäure in Wasser in jede Vertiefung der Mikrotiterplatte auf die CV lösen.
2. Inkubieren Sie die Mikrotiterplatte bei Raumtemperatur für 10-15 min.
3. Transfer-125 ul des solubilisierten CV eine neue flachem Boden Mikrotiterplatte.
4. Quantify Absorption in einem Platten-Lesegerät bei 550 nm mit 30% Essigsäure in Wasser als leer.

4. Repräsentative Ergebnisse:

Abbildung 1. Zeigt ein repräsentatives Ergebnis für die Bildung von Biofilmen Assays für Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens und Staphylococcus aureus durchgeführt. (A) eine Seitenansicht des Brunnens mit einem Biofilm von P. aeruginosa (8 Stunden, 37 ° C). (B) eine Seitenansicht des Brunnens mit einem Biofilm von P. fluorescens (6 Stunden, 30 ° C). (C) Ein Top-Down-Sicht auf den Biofilm gebildet durch S. aureus in einer flachen-Mikrotiterplatte (zwei Brunnen, 24 Uhr, 37 ° C). P. aeruginosa und P. fluorescens sind sowohl bewegliche Organismen und bilden einen Biofilm an der Luft-Flüssigkeit-Grenzfläche. S. aureus ist unbeweglich und bildet sich ein Biofilm auf der Unterseite des Brunnens.

Diskussion

Diese Methode kann für den Einsatz mit einer Vielzahl von Mikroben-Spezies modifiziert werden. Motile Mikroben typischerweise an den Wänden und / oder Boden der Wells haften, während unbeweglichen Mikroben typischerweise an den Boden der Vertiefungen haften. Die optimalen Bedingungen für die Bildung von Biofilmen (dh Nährmedium, Temperatur, Zeit der Inkubation) muss empirisch für jede Mikrobe bestimmt werden. Ich empfehle die Durchführung mehrerer Wiederholungen für jede Belastung oder Bedingung (4-8), und auch eine pos...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
1 X M63			Als 5X M63-Stammlösung herstellen, indem 15 g KH2PO4, 35 g K2HPO4 und 10 g (NH₄)₂SO₄4)2SO4 in 1 L Wasser. Diese Stammlösung d–muss nicht autoklaviert werden und kann bei Raumtemperatur gelagert werden. Verdünnen Sie den 5X-Stammlösung im Verhältnis 1:5, autoklavieren Sie die Lösung, kühlen Sie sie ab und fügen Sie dann die gewünschten Bestandteile hinzu.
KH2PO4	Fisher Scientific	P285-500
K2HPO4	Fisher Scientific	P288-500
(NH4)2SO4	Sigma-Aldrich	A5132
Magnesiumsulfat	Fisher Scientific	M63-500	Auf eine Endkonzentration von 1 mM hinzufügen. Als 1-M-Stammlösung in Wasser herstellen und autoklavieren.
Glukose	Fisher Scientific	D16-3	Zur endgültigen Konzentration von 0,2 % hinzufügen. Als 20 %ige Stammlösung in Wasser herstellen und autoklavieren.
Casamino-Säuren	BD Biosciences	223050	Auf eine Endkonzentration von 0,5 % hinzufügen. Als 20 %ige Stammlösung in Wasser herstellen und autoklavieren.
Arginin	Sigma-Aldrich	A5131	Zur Endkonzentration von 0,4 % hinzufügen. Als 20 %ige Stammlösung in Wasser herstellen und filtratsterilisieren. Diese alternative Kohlenstoff- und Energiequelle kann Glukose und Casamino-Säuren ersetzen.
Mikrotiterplatten	BD Biosciences	353911	Falcon 3911, Microtest III, flexible Assay-Platten, 96-Loch, U-förmiger Boden, nicht steril, nicht gewebekulturbehandelt
Deckel für Mikrotiterplatten	BD Biosciences	353913	Die Deckel können durch Reinigung mit 95 %igem Ethanol in Wasser wiederverwendet werden.
Kristallviolett	Sigma-Aldrich	229641000	Als 0,1%ige Lösung in Wasser herstellen.