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M. Xanthus ist eine langsam wachsende Bakterium, das bewegt sich auf festen Oberflächen. Um unsere Versuchsanordnung zu testen, haben wir eine Zeitraffer-Experiment mit bewegliche DK1622 WT-Zellen durchgeführt. Phase kontrastreiche Bilder wurden im Abstand von 5 min für 24 h (Abbildung 2A, B) erworben. Der Großteil der Zellen in Gruppen ausgerichtet. Wie erwartet, Zellen angezeigt Motilität und überwiegend in Gruppen verschoben. Wir beobachten weiter, dass Zellen gelegentlich Bewegungsrichtung umgekehrt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass WT-Zellen unter den getesteten Bedingungen in Bezug auf die Zelle Motilität normal Verhalten. Jedoch selbst wenn Zellen alle 5 Minuten aufgezeichnet werden, ist die Identifizierung der einzelnen Zellen schwer. Darüber hinaus da bewegliche Zellen viele Zellen zu entkommen oder geben Sie das Sichtfeld macht es schwierig, Zellen über einen längeren Zeitraum verfolgen.
Um die gleiche Spur M. Xanthus Zellen über mehrere Runden des Zellzyklus von live Cell Imaging, einzelne Stämme können gelöscht werden, für das MglA -gen, welches für Motilität25unerlässlich. Dadurch wird verhindert, dass Zellen während der Bildgebung Protokolls aus dem Blickfeld verschieben. In-Frame Deletionen entstehen wie von Shi Et al.beschrieben. 26
Wie erwartet, in Phase Kontrast live Cell Imaging mit nicht-bewegliche ΔMglA Zellen (Abbildung 3), wurden die Zellen nicht aktiven Bewegung angezeigt. Wir waren in der Lage, das Wachstum und die Teilung der einzelnen Zellen während Microcolony Bildung zu folgen. Basierend auf die Zeitraffer-Aufnahmen in denen Bilder im Abstand von 5 min für 24 h erworben wurden, war es möglich, die interdivision Zeit (die Zeit zwischen zwei Ereignissen der Zellteilung) mit einer einzelnen Zelle Auflösung zu quantifizieren. Zellen des ΔMglA mutierten hatten eine Inter-Abteilung Zeit 235 ± 50 min (n = 97 Zellen). Mit ca. 4 h ist die interdivision Zeit ähnlich wie die Verdopplungszeit in Suspensionskulturen für WT-Zellen gemessen. Dadurch haben die Beweise dafür, dass M. Xanthus Zellen wachsen optimal unter diesen Versuchsbedingungen.
Um zu untersuchen, ob unsere Aufstellung Zellen, normalerweise zu wachsen, während tracking YFP-markierten Proteine über einen längeren Zeitraum ermöglicht, führten wir Fluoreszenz Zeitraffer Bildgebung mit M. Xanthus Zellen, die ein YFP-markierte Protein Ausdrücken. Zu diesem Zweck sind wir Nachwuchscontest-YFP als Marker für den Ursprung der Replikation (Ori) gefolgt. Nachwuchscontest ist als Bestandteil des Systems der ParABS M. Xanthus und bindet an die ParS Websites proximal zu den Ori; Daher kann die Herkunft Doppelarbeit und Chromosom Segregation gefolgt19,20,21. Erwerb (Phasenkontrast und Fluoreszenz, 200 ms Erfassungszeit YFP Kanal) Bild mit alle 20 min, Zellen wuchsen, unterteilt und Wachstum auch in 24 h (Abb. 4A) angezeigt. Zu Beginn der Aufnahmen gebildet Nachwuchscontest-YFP zwei Clustern in den subpolaren Regionen in den meisten Zellen (Abb. 4A). Kurz vor oder nach der Zellteilung die subpolaren Nachwuchscontest-YFP cluster an der alten Zelle Pole dupliziert. Eines der beiden Cluster blieb an der alten Zelle Pole während der zweiten Kopie der neuen Zelle Pol, erreichen die subpolaren Endstellung nach circa 40-60 min (Abb. 4A, B) umgesiedelt. Diese Beobachtungen sind in Übereinstimmung mit früheren Daten aus kurzen Zeitraffer-Aufnahmen mit dünnen Agar Pads19generiert. Wir schlussfolgern, dass diese Versuchsanordnung Zeitraffer Fluoreszenzmikroskopie Chromosom Trennung über mehrere Zyklen der Zelle in den langsam wachsenden verfolgen kann M. Xanthus Zellen, ohne störenden Zellwachstum oder die Chromosom-Segregation-Maschinen.
In einem ähnlichen Experiment haben wir versucht, die Markierungen für die Zellteilung von Time-Lapse fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen folgen. Ähnlich wie fast alle anderen Bakterien M. Xanthus erfordert FtsZ, eine bakterielle Tubulin-ähnlichen GTPase für Zellteilung16,17,18. FtsZ bildet eine ringförmige Struktur im Midcell, den sogenannten Z-Ring, der hilft, um alle anderen Proteine notwendig für Zellteilung27,28zu rekrutieren. In M. Xanthus, die Bildung von Z-Ring und seine Positionierung im Midcell wird durch die drei PomXYZ Proteine16,17stimuliert. Diese drei Proteine bilden einen Chromosom verbunden sind komplex, der von der Website der Zellteilung in der "" Mutterzelle bis zur Mitte des Nucleoid in zwei Tochterzellen über die Nucleoid überträgt. Mitte der Nucleoid deckt sich mit Midcell vor dem Chromosom Segregation und hier die PomXYZ komplexe Rekruten FtsZ und stimuliert die Bildung von Z-Ring.
Hier folgten wir zunächst nicht bewegliche Zellen FtsZ-Gfpzum Ausdruck zu bringen. Da FtsZ-GFP insgesamt zeigt eine schwächere Fluoreszenz-signal als Nachwuchscontest-YFP wir erhöht die Belichtungszeit 5-fach 1 s in der GFP-Kanal. Wie erwartet, starke Anhäufung von FtsZ-GFP wurde nur bei Midcell beobachtet und diese Lokalisierung bestimmt die Position der Zellteilung Verengung (Abb. 5A). FtsZ-GFP überwiegend einen Cluster an Midcell in längeren Zelle gebildet. Es zeigte sich auch, dass diese Cluster in ihrer Intensität im Laufe der Zeit erhöht. Nach der Zellteilung beobachteten wir, dass FtsZ-GFP erneut am Midcell in die zwei Tochter gesammelt ca. 2 h später (Abb. 5B) Zellen. Dies steht im Einklang mit der Feststellung, dass etwa 50 % der Zellen in einer Population FtsZ Lokalisierung im Midcell basierend auf Snap-Shot Analyse16,17angezeigt.
In einem zweiten Experiment folgten wir nicht bewegliche ΔMglA Zellen für 24 h, die mCherry-PomXzum Ausdruck bringen. Als Teil des PomXYZ Systems hilft PomX, Z-Ringbildung und Positionierung, führen dabei anregende Zellteilung bei midcell16. Das Fluoreszenzsignal des mCherry-PomX ist stark und ermöglicht eine Belichtungszeit in den Fluoreszenz-Kanal von 250 Ms. wichtig ist, alle Zellen wuchs in der Größe und einer Zellteilung Ereignis im Laufe des Experiments, bilden mikrokolonien nach 24 h ( angezeigt Abbildung 6A). Wie bereits berichtet16enthalten fast alle Zellen ein mCherry-PomX-Clusters. Die meisten davon an Midcell und Clustern von Midcell umgesiedelt, Midcell im Laufe des Experiments lokalisiert. Während Zellteilungen wurden mCherry-PomX-Cluster mit jede tochterzelle erhält einen Cluster aufgeteilt. Im Gegensatz zu FtsZ-GFP mCherry-PomX midcell 80-90 % des Zellzyklus lokalisiert und diese Position erreicht, bald nach der Zellteilung (Abb. 6B).

Abbildung 1 : Schema der Versuchsanordnung, die in dieser Studie verwendet. (A) A Metall oder Kunststoff Rahmen dient als Unterstützung für die Probe. Ein Deckglas wird mit Klebeband, Bewegung der Probe zu reduzieren an den Metallrahmen befestigt. (B) Seitenansicht des experimentellen Probe Set-up. Zellen werden auf das Deckglas in (A) gezeigt montiert. Die Agarose-Pad, das liefert Nährstoffe und Feuchtigkeit in den Zellen wird über die Zellen platziert. Die Agarose-Pad fällt eine zusätzliche deckgläschen um die Verdunstung zu reduzieren. Für Bilder in hoher Qualität ist ein 100 X Öl Immersion Phase Kontrast Ziel verwendet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2 : Phase Kontrast Zeitraffer Mikroskopie von WT M. Xanthus Zellen. Zellen wurden 24 h verfolgt und Bilder alle 5 min. (A) erworben wurden repräsentative Bilder von der gleichen Sichtfeld alle 5 min. angezeigt werden. Farbige Pfeile zeigen Direktionalität der Bewegung der einzelnen Zellen. Die gleiche Farbe markiert die gleiche Zelle im Laufe der Zeit. Zahlen geben die Zeit in Minuten. Maßstab: 5 µm. (B) Bilder von der gleichen Sichtfeld nach jeder Stunde angezeigt werden. Beachten Sie, dass die gleiche Sichtfeld gezeigt aber da Zellen bewegen, Zellen sind ständig betreten und verlassen das Sichtfeld. Zahlen geben die Zeit in Stunden. Maßstab: 5 µm. PH: phase Kontrast. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3 : Phase Kontrast Zeitraffer Mikroskopie von nicht-bewegliche M. Xanthus Zellen. ΔMglA Zellen folgten für 24 Std. Bilder alle 5 min. erworben wurden und repräsentative Bilder nach jeder Stunde angezeigt werden. Ausgewählten Zellteilung Verengungen sind mit orangefarbenen Pfeile gekennzeichnet. Zahlen geben die Zeit in Stunden. PH: Phasenkontrast. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4 : Time-Lapse Fluoreszenzmikroskopie von Nachwuchscontest-YFP in nicht-bewegliche M. Xanthus Zellen. Zellen von einer ΔMglA mutantmit dem Ausdruck ihrer Nachwuchscontest-Yfp in Anwesenheit von native Nachwuchscontest (SA4749; ΔMglA; Nachwuchscontest +/PNatNachwuchscontest-Yfp) folgten Phase Kontrast und Fluoreszenz-Mikroskopie für 24 h. (A) Bilder erworben wurden alle 20 min und Vertreter Bilder stündlich bis 10 h gezeigt, zusammen mit den gleichen Zellen nach 24 h. Bilder im Phasenkontrast (PH) angezeigt werden und wie Überlagerung der Phasenkontrast und die YFP signal. Ausgewählten Zellteilungen sind mit orangefarbenen Pfeile gekennzeichnet. Weiße und grüne Pfeile zeigen Nachwuchscontest-YFP Cluster Vervielfältigung Veranstaltungen, mit den grünen Pfeilen markieren die translocating Cluster. Zahlen geben die Zeit in Stunden. Maßstab: 5 µm. (B) Bilder wie in (A) erworben wurden, sondern auf höhere zeitliche Auflösung gezeigt werden. Zahlen geben die Zeit in Minuten. Pfeile sind wie in (A). Maßstab: 5 µm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5 : Time-Lapse Fluoreszenzmikroskopie der FtsZ-GLP in nicht-bewegliche M. Xanthus Zellen. Zellen von einer ΔMglA Mutant mit dem Ausdruck FtsZ-Gfp in Anwesenheit von native FtsZ (SA8241; ΔMglA; ftsZ +/PNatFtsZ-Gfp) folgten Phase Kontrast und Fluoreszenz-Mikroskopie für 24 h. (A) Bilder erworben wurden alle 20 min und repräsentative Bilder stündlich bis 10 h angezeigt werden, zusammen mit den gleichen Zellen nach 24 Uhr Bilder im Phasenkontrast (PH) und als Überlagerung von Phasenkontrast und GFP Signal angezeigt werden. Ausgewählten Zellteilungen sind mit orangefarbenen Pfeile gekennzeichnet. Weiße Pfeile zeigen FtsZ-GFP-Clustern auf Midcell. Zahlen geben die Zeit in Stunden. Maßstab: 5 µm. (B) Bilder wie in (A) erworben wurden, sondern auf höhere zeitliche Auflösung gezeigt werden. Zahlen geben die Zeit in Minuten. Grüne und weiße Pfeile markieren bzw. FtsZ-GFP-Cluster in den Zellen nach links und rechten. Orange Pfeile zeigen Zellteilungen. Maßstab: 5 µm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 6 : Time-Lapse Fluoreszenzmikroskopie von mCherry-PomX in nicht-bewegliche M. Xanthus Zellen. Non-bewegliche ΔPomX Zellen ansammeln mCherry-PomX (SA4797; ΔMglA; ΔPomX/pPomZ mCherry-PomX) folgten Phase Kontrast und Fluoreszenz-Mikroskopie alle 20 min. (A) für 24 h repräsentative Bilder stündlich bis 10 h angezeigt werden, zusammen mit den gleichen Zellen nach 24 Uhr Bilder angezeigt werden, im Phasenkontrast (PH) und als Überlagerung von Phasenkontrast und mCherry Signal. Ausgewählten Zellteilungen sind mit orangefarbenen Pfeile gekennzeichnet. Weißen und grünen Pfeile zeigen mCherry-PomX-Cluster, vor und nach Veranstaltungen, bzw. teilen. Zahlen geben die Zeit in Stunden. Maßstab: 5 µm. (B) Bilder wie in (A) erworben wurden und werden mit höheren zeitlichen Auflösung angezeigt. Pfeile sind wie in (A). Maßstab: 5 µm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| Bakterienstamm | Entsprechenden Genotyp1 | Referenz |
| DK1622 | Wildtyp | 23 |
| SA4420 | ΔmglA
| 24 |
| SA4749 | ΔMglA; Nachwuchscontest+/AttB:: PNatNachwuchscontest-Yfp (pAH7) | Diese Studie |
| SA4797 | ΔMglA; ΔPomX / AttB::PPomZ mCherry-PomX (pAH53) | 16 |
| SA8241 | ΔMglA; FtsZ+/ mxan18-19::PNatFtsZ-GLP (pDS150) | Diese Studie |
Plasmide in Klammern angegebenen gen Fusionen enthalten und wurden an den angegebenen Standorten über das Genom intergated. Plasmide integriert am Standort AttB oder die mxan18-19 -intergenetischer-Region wurden von ausgedrückt Ihre native Promotor (PNat) oder die einheimischen Förderer der PomZ (PPomZ). |
Tabelle 1: Liste der in dieser Studie verwendeten Bakterienstämme.
| Plasmide | Relevanten Merkmale | Referenz |
| pAH7 | PNatNachwuchscontest-Yfp; Mx8 AttP; TetR
| 19 |
| pAH53 | P-PomZ - mCherry-PomX; Mx8 AttP ; KmR
| 16 |
| pDS150 1
| PNatFtsZ-Gfp ; mxan18-19 ; TetR
| Diese Studie |
| pMR3691 | Plasmid vanillate induzierbaren Genexpression | 18 |
| pKA51 | PNatFtsZ-Gfp ; Mx8 AttP; TetR
| 17 |
1 pDS150: pDS150 ist ein Derivat des pKA51, in denen die Mx8 AttP Website wurde mit der mxan18-19 -intergenetischer-Region ersetzt. Dafür wurde die mxan18-19 -intergenetischer-Region verstärkt von pMR3691 mit Mxan18-19 fwd BsdRI Primer (GCGATCATTGCGCGCCAGACGATAACAGGC) und Mxan18-19 Rev BlpI (GCGGCTGAGCCCGCGCCGACAACCGCAACC) und geklont in pKA51. |
Tabelle 2: Liste der Plasmide, die in dieser Studie verwendet.