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Fortschreiten durch die bakterielle Zelle Zyklus erfordert die Koordination vieler Prozesse einschließlich der Membran und Zellwand Biosynthese, DNA-Replikation und Segregation und Zellteilung. Um die Komplexität der bakteriellen Zelle Biologie zu verstehen, ist es notwendig, diese wesentliche Ereignisse zu studieren; Dies ist jedoch eine nicht-triviale Aufgabe, da Zellviabilität gefährdet ist, wenn wichtige Komponenten dieser Wege mutagenisierter werden. Epifluoreszenz Mikroskopie gepaart mit zielgruppenspezifischer Farbstoffe ist ein leistungsfähiger Ansatz, diese wesentlichen Prozesse in Wildtyp und Mutanten Bakterienstämme zu erforschen.
Peptidoglycan-spezifische Farbstoffe enthalten fluoreszierende Antibiotika (Vancomycin-FL, Bocillin-FL) und Leuchtstoff-d-Aminosäuren (z. B. 7-Hydroxycoumarin-3-carboxylic Acid-3-amino-d-Alanin, HADA; 4-chloro-7-nitrobenzofurazan-3-amino-d-Alanin , NADA; Tetramethylrhodamine-3-amino-d-Alanin; TADA). In grampositiven Bakterien wurde die Verwendung von subletalen Konzentrationen von fluoreszierenden Antibiotika Analoga auf Seiten der Peptidoglycan Biosynthese Sonde eine wirksame Strategie zur Peptidoglycan einfügen Muster1,2zu offenbaren, 3,4. Während fluoreszierende Vancomycin Kennzeichnung verwendet wurde, um Einblicke in die Peptidoglycan einfügen Muster in festen Gram-negativen Bakterien5, bietet die äußere Membran in der Regel eine Durchlässigkeit Barriere, die verhindert, die Verwendung von Leuchtstofflampen dass Antibiotika als Sonde für Peptidoglycan Biosynthese in lebenden Zellen. Im Gegensatz dazu beschriften kurze Pulse von Leuchtstoff-d-Aminosäuren oder d-Aminosäuren mit Biorthogonal funktionellen Gruppen kovalent Regionen der jüngsten Peptidoglycan Insertion in einer Vielzahl von lebendigen Bakterienzellen6,7. Muster der Peptidoglycan Einfügung, die mit synthetischen d-Aminosäuren beobachtet gehören punctata und septal (Escherichia coli und Bacillus Subtilis), polar und septal (Agrobacterium Tumefaciens und Listeria Monocytogenes), septal nur (Staphylococcus Aureus) und apikal (Streptomyces Venezuelae)6,7. Diese Beobachtungen zeigen, dass Bakterien unterschiedliche Muster der Zellwand Biogenese weisen und die Verwendung von synthetischen d-Aminosäuren als Sonden für die Prüfung Wachstum Musterung eine sinnvolle Strategie in vielen Bakterien ist.
Farbstoffe, die bakterielle Chromosomen beschriften gehören der Desoxyribonukleinsäure (DNA) bestimmte kleinere Groove Binder (4,6-Diamidino-2-Phenylindole; DAPI) und hohe Affinität Cyanin-Farbstoffe (grün und Orange; siehe Materialliste). DAPI-Färbung der fixen Zellen hilft bei der Aufzählung der Bakterien aus Umweltproben8, wogegen DAPI-Färbung von lebenden Zellen verwendet wird, um bakterielle Lebensfähigkeit9anzugeben. Im Gegensatz dazu Farbstoffe Cyanin wie Orange und grün sind häufig beschrieben, wie impermeant "tote" Zelle Membrane Flecken, nicht lebensfähige Zellen9aufzulisten. Bemerkenswert ist, wenn diese Reagenzien verwendet werden, um die Morphologie der bakterielle Nucleoid während Zellwachstum Sonde, DAPI, Orange und grün alle erwiesen sich Membran permeationsfähigen und in der Lage, Kennzeichnung von lebenden Zellen10. In E. Coli Zellen Leben, DAPI-Färbung der DNA erscheint diffus durch Auto-Fluoreszenz von Zytoplasma und wiederholte Exposition des DAPI-gefärbten Zellen auf ultraviolettes (UV) Licht stört die Nucleoid Struktur10. Färbung E. Coli oder B. Subtilis mit Orange enthüllt, dass dieser Farbstoff Membran permeationsfähigen und lang anhaltende Fluoreszenz auf Bindung an DNA in lebenden Zellen bietet ohne Beeinträchtigung der Zelle Wachstum, DNA-Replikation oder Chromosom Abtrennung10 . Diese Beobachtungen legen nahe, dass Cyanin DNA-Farbstoffe verwendet werden können, um die Morphologie des ausgedehnt beim Zellwachstum in vielen Bakterien zu überwachen.
Phospholipid-specific Stryl Farbstoffe wie z. B. N-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino) Phenyl) Hexatrienyl) Pyridiniumdichromat Dibromide (4-64; siehe Materialliste) sind kationische Verbindungen und ordnen Sie bevorzugt negativ geladen Phospholipide wie Cardiolipin und Phosphatidylglycerol11. Verschiedene Muster werden beobachtet, wenn 4-64 verwendet wird, um die Membran von verschiedenen Bakterien zu beschriften. In Escherichia coli4-64 ist in Polen, in Bändern entlang der Seitenwand angereichert und in den Geschäftsbereich des späten pre-divisional12Zellen. In Bacillus Subtilisermöglicht 4-64 Kennzeichnung die Visualisierung der Lipid Spiralen13. In Agrobacterium Tumefaciens4-64 Etiketten die äußere Membran und ist in einem charakteristischen "Hufeisen"-Muster, in der die Wachstumspol ist frei von14,15Kennzeichnung, beobachtet. Diese Beobachtungen weisen darauf hin, dass diese Bakterien heterogene Lipid-Distributionen aufgrund des Vorhandenseins von Lipid-Domains zeigen die zellulare Asymmetrie beitragen. Änderungen 4-64 Kennzeichnung Muster wie zum Beispiel das Vorhandensein von diffusen Kennzeichnung kann Blebs oder Vesikel, Invaginations oder Membran Schrumpfung informativ sein bei der Charakterisierung von Mutanten, die Einfluss auf die Verteilung oder die Biosynthese von Lipiden.
Hinausgeht, Färbung Zellen, ist bestimmen die Funktion von Proteinen, die Teilnahme an essentielle Prozesse erforderlich. Die Charakterisierung der wesentlichen Proteine ist technisch anspruchsvoll, denn es nicht möglich ist, löschen Sie wesentlichen Gene und die phänotypischen Auswirkungen zu studieren. So entstanden alternative Ansätze, die zu einem des Proteins Abbau. Beispielsweise kann ein wesentliches gen unter der Kontrolle eines induzierbaren Promoter, anstatt seine native Veranstalter gestellt werden. Induzierbare Promotoren sind empfänglich für kleine Moleküle wie z. B.; Zink-16, Isopropyl β-d-1-Thiogalactopyranoside (IPTG)17,18,19,20,21, Arabinose22, vanillate17,23, und Xylose23, damit die Transkription des Zielgens aufhört und das Protein des Interesses ist leer, wenn der Induktor entfernt wird. Alternative Ansätze für abbauende wesentlich interessierenden Proteine enthalten synthetische Riboschalter24 welche kleine Molekül-RNA Interaktionen verwenden, um die Transkription von Zielgenen, CRISPR Einmischung25,26 behindern , Block-Transkription von Zielgenen und induzierbaren Protein Degradation27,28 die Peptid-Tags Zielproteine für den Abbau von ClpXP Protease verwendet. Erschöpfung Stämme bieten nur kurze Zeit für die Charakterisierung, bevor die Zellen Lebensfähigkeit verlieren, daher mikroskopische Bildgebung von Zellen im Laufe der Zeit während der Protein-Abbau ist ein leistungsfähiger Ansatz zur Charakterisierung. In der Tat ermöglichte Mikroskopie lebender bakterielle Zellen Forscher Einblicke in grundlegende biologische Prozesse, einschließlich der Mechanismen der Zelle Form Wartung, Sekretion und Abschottung29.
A. Tumefaciens ist eine bakterielle Pflanzen Pathogen30 und natürlichen genetischen Ingenieur31,32. Also, auch Mechanismen im Zusammenhang mit Pathogenität, Wirt-Pathogen Interaktionen33,34,35, Sekretion36und Host Transformation30,31, 37 ausgiebig untersucht. Um Strategien zu entwerfen, die A. Tumefaciens vermittelten Krankheiten vorbeugen oder verbessern Pflanzentransformation, A. Tumefaciens überlebensnotwendig Prozesse besser verstanden werden müssen. Die Verwendung von Farbstoffen gezielt und die jüngste Entwicklung einer Protein-Abbau-Strategie für A. Tumefaciens18 bietet eine Möglichkeit, wichtige Prozesse zu untersuchen.
Hier werden ausführliche Protokolle für die mikroskopische Analyse der Wildtyp und Mutanten Protein Erschöpfung Stämme von A. Tumefaciens bereitgestellt. Die ersten beiden Protokolle wird beschrieben, wie Zellen vorbereiten und beschriften Sie sie mit gezielt Farbstoffe. Das dritte Protokoll bietet schrittweise Anleitungen für die Zubereitung von Agarose-Pads (Abbildung 1) und imaging die Bakterienzellen (Abbildung 2, Abbildung 3, Abbildung 4). Diese Protokolle möglicherweise auch geeignet für andere Bakterien mit zusätzlichen Anpassungen an verschiedene Medien Bedingungen, Wachstumsraten, Sauerstoff-Anforderungen und Zellstrukturen zu berücksichtigen.