Dieses Protokoll beschreibt die Größenausschlusschromatographie, eine einfache und reproduzierbare Technik zur Anreicherung von Mycobacterium tuberculosis extrazellulären Vesikeln aus Kulturüberständen.
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Methodenartikel
Dieses Protokoll beschreibt die Größenausschlusschromatographie, eine einfache und reproduzierbare Technik zur Anreicherung von Mycobacterium tuberculosis extrazellulären Vesikeln aus Kulturüberständen.
Die Rolle extrazellulärer Vesikel (EVs) im Zusammenhang mit bakteriellen Infektionen hat sich als neuer Weg zum Verständnis der mikrobiellen Physiologie herauskristallisiert. Insbesondere Mycobacterium tuberculosis (Mtb) EVs spielen eine Rolle bei der Interaktion zwischen Wirt und Krankheitserregern und der Reaktion auf Umweltstress. Mtb EVs sind auch stark antigen und zeigen Potenzial als Impfstoffkomponenten. Die gebräuchlichste Methode zur Reinigung von Mtb-EVs ist die Dichtegradienten-Ultrazentrifugation. Dieser Prozess hat mehrere Einschränkungen, einschließlich geringem Durchsatz, geringer Ausbeute, Abhängigkeit von teurer Ausrüstung, technischen Herausforderungen und kann sich negativ auf die resultierende Vorbereitung auswirken. Die Größenausschlusschromatographie (SEC) ist eine sanftere alternative Methode, die viele der Einschränkungen der Ultrazentrifugation bekämpft. Dieses Protokoll zeigt, dass SEC für die Mtb EV-Anreicherung wirksam ist und qualitativ hochwertige Mtb EV-Präparate mit erhöhtem Ertrag auf schnelle und skalierbare Weise produziert. Darüber hinaus zeigt ein Vergleich mit der Dichtegradienten-Ultrazentrifugation durch Quantifizierungs- und Qualifizierungsverfahren die Vorteile von SEC. Während die Bewertung der EV-Menge (Nanopartikel-Tracking-Analyse), des Phänotyps (Transmissionselektronenmikroskopie) und des Inhalts (Western Blotting) auf Mtb-EVs zugeschnitten ist, kann der bereitgestellte Workflow auf andere Mykobakterien angewendet werden.
Die Freisetzung extrazellulärer Vesikel (EV) durch Krankheitserreger kann der Schlüssel zur Erschließung neuer Technologien zur Bekämpfung von Infektionskrankheitensein 1. Mycobacterium tuberculosis (Mtb) ist ein Erreger von hoher Tragweite, der etwa ein Drittel der Weltbevölkerung infiziert und jedes Jahr Millionen von Menschen das Leben fordert2. Die EV-Produktion durch Mtb ist gut dokumentiert, aber schwer fassbar in der Biogenese und den verschiedenen Rollen (d.h. immunstimulierend, immunsuppressiv, Eisen- und Nährstoffakquisition) dieser EVs im Zusammenhang mit der Infektion 3,4,5. Bemühungen, die Zusammensetzung von Mtb-EVs zu verstehen, zeigten 50-150 nm Lipidmembran-umschlossene Kugeln, die aus der Plasmamembran stammen, die Lipide und Proteine von immunologischer Bedeutung enthält 3,6. Die Untersuchung der Rolle von Mtb-EVs in der bakteriellen Physiologie hat die Bedeutung der bakteriellen EV-Modulation als Reaktion auf Umweltstress für das Überlebengezeigt 5. Wirt-Pathogen-Interaktionsstudien waren komplizierter zu interpretieren, aber es gibt Hinweise darauf, dass Mtb-EVs die Immunantwort des Wirts beeinflussen können und möglicherweise als wirksame Impfkomponentedienen können 3,4,7.
Die meisten Studien an Mtb-EVs haben sich bisher auf die Dichtegradienten-Ultrazentrifugation für die Vesikelanreicherungverlassen 8. Dies hat sich für kleine Studien als wirksam erwiesen; Diese Technik hat jedoch mehrere technische und logistische Herausforderungen. Alternative Workflows koppeln die mehrstufige Zentrifugation zur Entfernung ganzer Zellen und großer Ablagerungen mit einem abschließenden Ultrazentrifugationsschritt zur Pelletierung von Elektrofahrzeugen. Diese Methodik kann in ihrer Effizienz variieren und führt oft zu einer geringen Ausbeute und Mitreinigung löslicher nicht-vesikelassoziierter Biomoleküle und beeinflusst gleichzeitig die Vesikelintegrität9. Darüber hinaus ist dieser Prozess zeitaufwändig, manuell intensiv und aufgrund von Gerätebeschränkungen sehr begrenzt im Durchsatz.
Das vorliegende Protokoll beschreibt eine alternative Technik zur Dichtegradienten-Ultrazentrifugation: die Größenausschlusschromatographie (SEC). Diese Methode wurde für Umweltmykobakterien demonstriert und in der aktuellen Arbeit auf Mtb10 extrapoliert. Eine handelsübliche Säule und ein automatischer Fraktionssammler können die Konsistenz bei der vesikalen Vorbereitung verbessern und die Notwendigkeit für spezifische, teure Geräte reduzieren. Es ist auch möglich, dieses Protokoll in einem Bruchteil der Zeit im Vergleich zur Dichtegradienten-Ultrazentrifugation abzuschließen, wodurch der Durchsatz erhöht wird. Diese Technik ist technisch weniger anspruchsvoll, was die Beherrschung erleichtert und die Reproduzierbarkeit zwischen und innerhalb des Labors erhöhen kann. Schließlich hat SEC eine hohe Abscheideeffizienz und ist schonend, wobei die Integrität der Vesikel erhalten bleibt.
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Das Institutional Biosafety Committee der Colorado State University genehmigte die vorliegende Studie (19-046B). Die Kultivierung von Mycobacterium tuberculosis und die Ernte von EV-reichen Kulturüberständen wurden von geschultem Personal in einem High-Containment-Labor durchgeführt. Die Materialien wurden aus dem High-Containment-Bereich entfernt, nachdem eine gültige Inaktivierungsmethode durchgeführt, bestätigt und durch institutionelle Biosicherheitsrichtlinien genehmigt wurde. Während der Replikation des Protokolls, wenn eine validierte Inaktivierungs- oder Sterilfiltrationsmethode nicht möglich ist, müssen die folgenden Verfahren in einem High-Containment-Labor durchgeführt werden.
1. Herstellung von rohem Mtb EV-Konzentrat
HINWEIS: Für detaillierte Verfahren zum Anbau von Mtb und zur Herstellung von Kulturfiltratprotein (CFP) siehe Referenzen11,12. Es wird empfohlen, dass bakterielle Kulturmedien frei von Wachstumspräparaten mit EV-haltigen oder proteinhaltigen Komponenten wie Öl-Albumin-Dextrose-Katase (OADC) und Reinigungsmitteln wie Tween sind. Es wird auch empfohlen, die Qualität der Bakterienkultur und die geerntete CFP zu untersuchen, um einen begrenzten Zelltod und eine begrenzte Lyse zu gewährleisten13,14.
2. Größenausschlusschromatographie zur Anreicherung von Mtb EVs aus CFP
HINWEIS: Das folgende Verfahren ist spezifisch für die Verwendung von 3 mg 100R Mtb CFP mit SEC-Säule und automatischem Fraktionssammler (AFC, siehe Materialtabelle). Es kann für andere Startkonzentrationen und Säulentypen angepasst werden, indem es den Herstellerangaben folgt. Darüber hinaus wird den Benutzern empfohlen, das Benutzerhandbuch für den automatischen Fraktionssammler zu lesen und zu verstehen.
3. Quantifizierung der MTB EVs
4. Qualifizierung von Mtb EVs
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Kulturfiltratprotein (CFP) aus Mycobacterium tuberculosis (Mtb) wurde konzentriert, quantifiziert und dann 3 mg Material auf eine SEC-Säule (Size Exclusion Chromatography) aufgetragen. Die Protein- und Partikelkonzentrationen wurden von BCA bzw. NTA aufgezählt. Die erwarteten Bereiche für die Protein- und Partikelrückgewinnung sowie die genauen Werte, die für diese Ergebnisse erhalten wurden, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Werte, die viel höher als diese Bereiche sind, können auf Verunreinigungen...
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Mycobacterium tuberculosis extrazelluläre Vesikel sind stark antigene Reservoirs, die sie als attraktiven Weg für die Entwicklung von Diagnosewerkzeugen und zukünftigen Impfstoffendarstellen 4,19,20. In der Vergangenheit wurde die Dichtegradienten-Ultrazentrifugation verwendet, um Mtb-EVs von anderem löslichen, sezernierten Materialzu trennen 8. Während dieser Prozess effektiv ist, ist er auch ze...
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Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Wir möchten uns für die Unterstützung des College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences Experiential Award und des College Research Council Shared Research Program für NKG und die Finanzierung durch ATCC (Award # 2016-0550-0002) für KMD bedanken. Wir möchten auch Anne Simpson für die technische Unterstützung und BEI Resources, NIAID, NIH für die folgenden Reagenzien danken: Monoklonale Anti-Mycobacterium tuberculosis LpqH (Gen Rv3763), IT-54 (produziert in vitro), NR-13792, Monoklonale Anti-Mycobacterium tuberculosis GroES (Gen Rv3418c), Clone IT-3 (SA-12) (produziert in vitro), NR-49223 und Monoclonal Anti-Mycobacterium tuberculosis LAM, Clone CS-35 (produziert in vitro), NR-13811.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 20x MES SDS Laufpuffer | ThermoFisher Scientific | NP0002 | |
| 96-Well-Platte | Corning | 15705-066 | |
| Automatischer Fraktionssammler | IZON Science | AFC-V1-USD | |
| BenchMark Vorgefärbte Proteinleiter | Invitrogen | 10748010 | |
| Tischzentrifuge | Beckman Coulter | Allegra 6R | |
| Centricon Plus - 70 Zentrifugalfilter, 100 kDa Cutoff | Millipore Sigma UFC710008 | Ultrafiltrationsgerät, das in Schritt 1.1 verwendet | |
| Elektroblotting-System | ThermoFisher Scientific | 09-528-135 | |
| EM Grade Paraformaldehyd | Elektronenmikroskopie Sciences | 15714-S | |
| Formvar/Carbon 200 mesh Cu Grids | Elektronenmikroskopie Sciences | FCF200H-Cu-TA | |
| Ziege Anti-Maus IgG H& L (alkalische Phosphatase), ganzes Molekül, 1 mL | AbCam | ab6790 | Sekundärantikörper |
| JEM-1400 Transmissionselektronenmikroskop | JOEL | ||
| Micro BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23235 | |
| Mikroplatten-Reader | BIOTEK | Epoch | |
| Monoklonales Anti-Mycobacterium tuberculosis GroES (Gen Rv3814c) | BEI Resources | NR-49223 | Primärer Antikörper |
| Monoklonaler Anti-Mycobacterium tuberculosis LpqH (Gen Rv3763) | BEI Resources | NR-13792 | Primärer Antikörper |
| Monocolonaler Anti-Mycobacterium tuberculosis LAM, Klon CS-35 | BEI Resources | NR-13811 | Primärer Antikörper |
| NanoClean 1070 | Fischione Instruments | Für die Plasmareinigung des TEM-Gitters | |
| Nanosight ausgestattet mit Spritzenpumpe und Computer mit NanoSight NTA-Software | Malvern Panalytical | NS300 | |
| Nitrozellulosemembran, Rolle, 0,2 μ m | BioRad | 1620112 | |
| NuPAGE 4-12% Bis-Tris Protein Gele | ThermoFisher Scientific | NP0323BOX | |
| Phosphatgepufferte Kochsalzlösung, 1X ohne Calcium und | Magnesium Corning | 21-040-CV | |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23225 | |
| PowerPac Basic Netzteil | BioRad | 1645050 | |
| qEV Original 35 nm 5/pk | IZON Science | SP5-USD | SEC Säule |
| SDS Probenpuffer | Boster | AR1112 | Hauseigenes Rezept, das in diesem Verfahren verwendet wird, dieses Produkt ist jedoch gleichwertig |
| SDS-PAGE Gelkammer ThermoFisher | Scientific | EI0001 | |
| Sigmafast BCIP/NBT | Millipore Sigma | B5655 | |
| Silberfleck Plus Kit | BioRad | 1610449 | Inhouse-Protokoll, das in diesem Verfahren verwendet wird, dieses Kit ist jedoch gleichwertig |
| Uranylacetate | Electron Micron Microscopy Sciences | 22400 |
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