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Das wachsende Interesse an der Multi-Omics-Manipulation, einschließlich Mechanismus- und Stoffwechselstudien von Bakterien, unterstreicht die Bedeutung von Hochdurchsatz- und automatisierten Methoden wie der Aufzeichnung von Wachstumsdaten 1,2. Wachstumsdaten, die kinetische Parameter wie maximale Wachstumsraten umfassen, können helfen, bakterielle Reaktionen auf verschiedene physikalische, chemische und antibakterielle Bedingungen zu charakterisieren. Daten zur Wachstumsrate sind eine Standard-Antwortvariable, die verwendet wird, um potenzielle Genotyp-Phänotyp-Verknüpfungenaufzudecken 1 oder die mikrobielle Sicherheit und Haltbarkeit von Lebensmitteln anzuzeigen 3,4. Techniken wie die adaptive Laborevolution 5,6,7, das genomweite Screening, bestimmte chemische Assays8 und verschiedene genetische Vorwärts-Screenings9 stützen sich auf Wachstumsraten, um die Ergebnisse zu bewerten.
Messungen der optischen Dichte (OD) von Bakterienkulturen sind eine mikrobiologische Standardmethode zur Überwachung des Bakterienwachstums. OD-Messungen werden oft bei einer Wellenlänge von 600 nm aufgezeichnet, wobei sie sich auf Lichtstreuung und die Zelldichtestützen 10,11. Das Beer-Lambert-Gesetz erklärt die Abhängigkeit der OD-Werte von der Konzentration (d. h. Zelldichte, Zellzahl), der Weglänge und dem Absorptionskoeffizienten. Die Geometrie und das optische System eines Spektralphotometers beeinflussen die OD-Messwerte11. Klassische Methoden der Außendurchmessermessung können sehr zeit- und arbeitsintensiv sein, und die Daten können eine Vielzahl menschlicher Fehler enthalten. In diesem Protokoll wird ein Mikroplatten-Reader verwendet, um die Analysezeit12,13 und die Wahrscheinlichkeit einer biologischen Kontamination zu verringern. Die Hochdurchsatzanalyse mit Mikroplatten-Readern wird in verschiedenen Bereichen der Mikrobiologie eingesetzt, z. B. beim Screening von Biofilm-produzierenden Bakterien14,15, bei der Hemmung des bakteriellen Wachstums16, beim Wachstum von Hefezellen17, bei der Bestimmung der Empfindlichkeit gegenüber Antimykotika18 und beim Toxizitätsscreening von Nanomaterialien19.
Einige Forscher haben Protokolle zur bakteriellen Wachstumsrate mit einem Mikroplatten-Reader veröffentlicht 12,20,21. Ein gründliches Protokoll, das die Zuverlässigkeit der gesammelten Daten untersucht, ist jedoch noch nicht vollständig etabliert. Es wird berichtet, dass Faktoren wie die Art der Spezies 22,23,24 und die Dichtungsbänder die Wiederholgenauigkeit aufgrund der Unzulänglichkeit des Sauerstofftransfers in einer 96-Well-Platte beeinflussen 25,26. Delaney et al. berichteten über große Cluster von Methylorubrum extorquens (Wildtyp-Stamm) im Wachstumsmedium bei Verwendung eines Mikroplatten-Readers, was zu extrem verrauschten Wachstumsdaten führte24. Das Problem wurde gelöst, indem die Gene entfernt wurden, die mit der Biofilmproduktion verbunden sind24. Aufgrund der Sekretion extrazellulärer polymerer Substanzen haben Biofilm-produzierende Bakterien eine größere Affinität, miteinander zu verschmelzen und Zellcluster zu bilden. Daher ist es schwieriger, ihr Wachstum mit Hilfe von Lichtstreutechniken (z. B. Spektralphotometer und Mikroplatten-Reader) zu überwachen.
Dieses Protokoll zielt darauf ab, Schritte zu etablieren, um reproduzierbare Daten in einem Hochdurchsatzverfahren mit einem Mikroplatten-Reader zu erhalten. Bacillus mycoides und Paenibacillus tundrae wurden aufgrund ihres schnellen Wachstums und ihrer Fähigkeit, Biofilme zu produzieren, verwendet, die bei manuellen und automatisierten Ansätzen traditionell eine Herausforderung darstellen. Faktoren wie (i) Weglängenkorrektur, (ii) Kondensation auf dem Deckel, (iii) Inokulumgröße, (iv) Abtastzeitintervall und (v) räumliche Verzerrung wurden untersucht, um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Daten zu bewerten. Dieses Protokoll enthält Schritte zur genauen Überwachung des Bakterienwachstums und zur Messung spezifischer Wachstumsraten mit einem Mikroplatten-Reader.