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Der knospende Hefe-Unterstamm enthält viele wichtige biologische und biotechnologische Modelle. Eine häufige und kritische Aufgabe in der Hefeforschung ist die Quantifizierung der Auswirkungen genetischer oder umweltbedingter Störungen, zu denen auch Stress- oder medikamentöse Behandlungen gehören. Bei der industriellen Fermentation beispielsweise müssen die Erzeuger die Lebensfähigkeit der Hefekulturen überwachen, um die Effizienz und Qualität des Fermentationsprozesses zu gewährleisten 1,2. Bei der Untersuchung pathogener Hefearten ist die Messung ihres Überlebens nach Stress oder antimykotischer Behandlung von entscheidender Bedeutung, um die genetischen und mechanistischen Grundlagen für infektionsbezogene Merkmale wie die Antimykotikaresistenz zu verstehen. Die Messung des Überlebens an Kathetern und Oberflächen ist auch im klinischen Umfeld eine wichtige Aufgabe3. Diese unterschiedlichen Szenarien erfordern quantitative Ansätze, die das Ergebnis von Medikamenten- und Stressbehandlungen schnell und genau messen können.
Bestehende Methoden zur Erreichung des oben genannten Ziels lassen sich auf der Grundlage dessen, was sie messen, in drei Hauptkategorien einteilen. Die erste Kategorie misst die Klonogenität oder die Fähigkeit einzelner Hefezellen, nach dem Stress eine einzige Kolonie zu bilden. Die repräsentative Methode in dieser Kategorie ist der Colony Forming Unit (CFU)-Assay. Die zweite Kategorie misst die Vitalität, die auf dem Nachweis enzymatischer Aktivitäten in lebenden Zellen beruht. Beispiele hierfür sind chemische Sonden wie der FUN-1-Farbstoff4. Die dritte Kategorie von Methoden misst die Integrität der Plasmamembran - ein irreversibler Verlust der Integrität der Plasmamembran gilt als "Point of no Return" für den Zelltod5. Beispiele für diese Kategorie sind Fluoreszenzfarbstoffe wie Propidiumiodid (PI).
In dieser Arbeit wird ein optimierter LIVE/DEAD-Assay in Verbindung mit Durchflusszytometrie vorgestellt, um eine schnelle und skalierbare Quantifizierung des Überlebens von Hefen nach Stressbehandlung zu erreichen. Dieser auf Membranpermeabilität basierende Assay ist schneller als KBE und benötigt 15-30 Minuten Färbezeit im Vergleich zu 24-48 Stunden Inkubation für die Bildung von Kolonien. Auch Proben, die mit einem LIVE/DEAD-Farbstoff gefärbt wurden, können neben der Mikroskopie, die Zehntausende von Zellen in wenigen Sekunden misst und 96-Well-Proben problemlos für Hochdurchsatz-Assays verarbeiten kann, problemlos mit Durchflusszytometrie untersucht werden. Dadurch ist dieser Assay schnell, quantitativ und skalierbar. In diesem Protokoll wird ein Zweikomponenten-LIVE/DEAD-Fleck bestehend aus SYTO 9 und PI verwendet, um ein erhöhtes Auflösungsvermögen zu erreichen. SYTO 9 markiert alle Zellen, ob lebend oder tot, während PI nur in Zellen mit kompromittierten Plasmamembranen eindringt 6,7. Daher akkumulieren lebende Zellen nur SYTO 9, während tote Zellen sowohl SYTO 9 als auch PI akkumulieren. Da PI eine höhere Affinität als SYTO 9 zur Nukleinsäure hat, schließt es letztere in der Zelle8 kompetitiv aus. Außerdem bilden die beiden Farbstoffe ein Förster-Resonanz-Energie-Transfer-Paar (FRET), bei dem die SYTO 9-Emission von PI als Anregung absorbiert wird. Infolgedessen weisen abgestorbene Zellen eine gedämpfte grüne und eine stark rote Fluoreszenz auf. Im Gegensatz dazu zeigen lebende Zellen eine hellgrüne Fluoreszenz8. Dieser Unterschied ermöglicht eine bessere Unterscheidung zwischen lebenden und toten Zellen bei Schwankungen der Fluoreszenzintensität innerhalb jeder Gruppe.
Seit einem ersten Bericht über seine Anwendung bei Hefe im Jahr 2004 ist die Verwendung von SYTO 9/PI in Hefestudien lückenhaft und weitgehend auf qualitative Auswertungen mit Hilfe der Mikroskopie 7,9,10,11,12,13,14,15 beschränkt. Eine wesentliche Einschränkung bei der Einführung als quantitativer Assay für das Überleben von Hefen ist das Fehlen einer systematischen Charakterisierung und eines Vergleichs mit weit verbreiteten Methoden wie der KBE. Dieses Protokoll beschreibt einen standardisierten Assay, der den Färbepuffer, die Farbstoffkonzentration, die Färbezeit und die Durchflusszytometrie-Einstellungen umfasst, von denen festgestellt wurde, dass sie Artefakte minimieren und reproduzierbare Ergebnisse liefern, wenn sie auf C. glabrata und zwei weitere Hefeartenangewendet werden 16. Da die SYTO 9/PI-Färbung eine intermediäre "geschädigte" Zellpopulation aufdeckt, die sich in ihrem Färbemuster sowohl von den lebenden als auch von den toten Zellen unterscheidet, kann sie die KBE ergänzen, indem sie nuanciertere Informationen über die Auswirkungen der Stressbehandlung auf Hefezellen liefert, was möglicherweise neue Anwendungen ermöglicht.