Isolierung von Bodenmikroorganismen mit der iChip-Technologie
10. Januar 2025
Die iChip-Technik nutzt ein kostengünstiges und einfaches In-situ-Isolationsgerät , das die Raten der Entdeckung neuartiger Mikroorganismen aus dem Boden erhöht. Neuartige Mikroorganismen können unter anderem für weitere Studien im Zusammenhang mit dem Bodenmikrobiom oder der Entdeckung von Naturstoffen verwendet werden.
Wir versuchen, neue Arten von Chemie zu entdecken, um landwirtschaftliche Krankheitserreger zu bekämpfen. Mit der iChip-Technologie haben wir neuartige Organismen isoliert, von denen wir hoffen, dass sie zu neuen chemischen Erkenntnissen führen werden. Die Untersuchung dieser Organismen und/oder ihrer Naturstoffe gegen landwirtschaftliche Krankheitserreger führt möglicherweise zur Suche nach neuen Biopestizid-Kandidatenorganismen und/oder -verbindungen.
Die iChip-Methode ermöglicht es uns, Mikroorganismen zu isolieren, die unter herkömmlichen Bedingungen nicht kultivierbar sind, indem wir eine Zeit der Domestizierung und des Kontakts mit ihrer natürlichen Umgebung bereitstellen. Unser modifizierter iChip-Aufbau ist einfach, kostengünstig und reduziert das Risiko einer mikrobiellen Kontamination, so dass er für eine Vielzahl von Forschungszielen leicht zugänglich ist. Unsere iChip-Ergebnisse werfen Fragen auf, wie zum Beispiel: Welche Mechanismen treiben die Unterdrückung von Krankheitserregern durch neuartige Mikroben an?
Können diese bioaktiven Verbindungen in realen Studien zuverlässig funktionieren? Wie beeinflussen Umweltfaktoren ihre Wirksamkeit? Die Beantwortung dieser Fragen wird die nachhaltige Entwicklung von Biopestiziden leiten, das Management von Pflanzenkrankheiten verändern und die Abhängigkeit von synthetischen Fungiziden verringern.
Das Labor wird die iChip-Technologie anwenden, um neuartige Bakterien aus krankheitsunterdrückenden Böden zu isolieren, die durch Deckfruchtanbau entstehen, und so neuartige Mikroben und bioaktive Verbindungen zu identifizieren. Diese sollen in Studien zu kontrollierten Pflanzenkrankheiten getestet werden, um innovative, nachhaltige Alternativen zu synthetischen Fungiziden zur Bekämpfung landwirtschaftlicher Krankheiten zu entwickeln. Um einen modifizierten iChip mit einem 5-Millimeter-Agar-Stanzwerkzeug zu konstruieren, entfernen Sie die Böden der Wells von einer 96-Well-Platte.
Schneiden Sie 0,05 Mikrometer große Polycarbonat-Membranen in Rechtecke und stellen Sie sicher, dass die Abmessungen dem unteren Bereich einer 96-Well-Platte entsprechen. Tragen Sie einen Silikondichtstoff auf, um die Polycarbonatmembran auf den Boden der 96-Well-Platte zu kleben. Stellen Sie sicher, dass der Klebstoff die Vertiefungen abdichtet, aber die Öffnungen der Vertiefungen nicht vollständig bedeckt.
Lassen Sie die Platten 24 Stunden trocknen. Geben Sie 4,5 Milliliter steriles Wasser in jedes der 15-Milliliter-Zentrifugenröhrchen mit den Bezeichnungen A bis D und in jedes der 50-Milliliter-Röhrchen mit den Bezeichnungen E bis H.Geben Sie 1 Gramm Erde in ein 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen. Geben Sie dann 10 Milliliter Wasser in die Tube und wirbeln Sie die Mischung 10 Minuten lang.
Lassen Sie die Bodensuspension 10 Minuten lang absetzen. Anschließend 0,5 Milliliter des Bodenüberstands in das Röhrchen A pipettieren und gründlich mischen. Übertragen Sie nun 0,5 Milliliter der Zellsuspension von Röhrchen A in Röhrchen B und mischen Sie es gründlich.
Wiederholen Sie dies für alle verbleibenden Zentrifugenröhrchen und führen Sie eine Reihe von zehnfachen Verdünnungen über die acht Röhrchen durch. Tauchen Sie die iChips zunächst vollständig in 95 % Ethanol. Entfernen Sie nach 15 Minuten die Platten vom Ethanol und legen Sie sie auf ein steriles Papiertuch in die Laminar-Flow-Haube.
Lassen Sie das Ethanol verdampfen, während Sie den UV-Sterilisator in der Laminar-Flow-Haube 15 Minuten lang einschalten. Pipettieren Sie 360 Mikroliter steriles Succinat, minimale Salze oder SMS-Medien in die erste Säule der Platte, um als Kontrolle zu dienen. Geben Sie 45 Milliliter SMS in die Zellsuspension in der Tube E. Mischen Sie gründlich, um die Zellsuspension mit dem Agar zu kombinieren.
Pipettieren Sie 360 Mikroliter der Agarzellmischung in alle verbleibenden Vertiefungen der 96-Well-Platte. Sobald das Medium ausgehärtet ist, versiegeln Sie die Oberseite der Platte mit einer PCR-Plattenabdeckung. Füllen Sie die Platten mit den Röhrchen F, G und H, um insgesamt vier Platten mit zehnfachen Konzentrationsunterschieden herzustellen.
Legen Sie die Platten mit der Membranseite nach unten in einen Behälter mit ca. 1 Zoll Erde. Inkubieren Sie die Platten im Dunkeln des abgedeckten Behälters bei 25 Grad Celsius. Untersuchen Sie die iChips nach sechs Wochen auf mikrobielles Wachstum.
Spülen Sie den modifizierten iChip dreimal mit sterilem Wasser ab, um alle Schmutzpartikel zu entfernen. Wischen Sie die Oberseite und die Seiten der Platte mit 95%igem Ethanol ab und vermeiden Sie dabei die Seite mit der semipermeablen Membran. Schneide mit einer sterilen Klinge die Plattenabdeckung um eine Vertiefung mit einer Kolonie durch und entferne das Quadrat mit einer sterilen Pinzette.
Mit einem sterilen Streifenwerkzeug stechen Sie die Kolonie und streifen mit der Vier-Quadranten-Methode auf die SMS-Agarplatte. Inkubieren Sie die Platten eine Woche lang bei 25 Grad Celsius oder bis das Wachstum der Kolonie beobachtet wird. Untersuchen Sie nach der Inkubation die Kolonien, um die Isolierung der Kulturen zu bestätigen.
Übersicht
Die iChip-Technik ermöglicht die Entdeckung neuartiger Mikroorganismen aus Bodenproben und fördert so die Forschung an Bodenmikrobiomen und die Identifizierung natürlicher Produkte. Diese Methode erlaubt die Isolierung bisher unkultivierbarer Mikroorganismen, was potenziell zur Entdeckung neuer Kandidaten für Biopestizide führen kann.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Mikrobiologie
- Bodenkunde
- Biotechnologie
Hintergrund
- Neuartige Mikroorganismen können zur nachhaltigen Landwirtschaft beitragen.
- Die iChip-Methode ermöglicht die Kultivierung zuvor unkultivierbarer Mikroben.
- Das Verständnis mikrobieller Wechselwirkungen kann zu innovativen Strategien im Schädlingsmanagement führen.
- Die Forschung zielt darauf ab, die Abhängigkeit von synthetischen Fungiziden zu verringern.
Zweck der Studie
- Neuartige Bakterien aus krankheitsunterdrückenden Böden zu isolieren.
- Diese Mikroorganismen gegen landwirtschaftliche Krankheitserreger zu testen.
- Nachhaltige Alternativen zu synthetischen Fungiziden zu entwickeln.
Verwendete Methoden
- Modifizierter iChip-Aufbau für die mikrobielle Isolierung.
- Bodenproben-Vorbereitung und Verdünnungsreihe.
- Bebrütung der iChips in natürlichen Bodenumgebungen.
- Kolonie-Isolierung und Charakterisierung auf Agarplatten.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Isolierung neuartiger Mikroorganismen mittels der iChip-Methode.
- Identifizierung potenzieller Kandidaten für Biopestizide.
- Erkenntnisse zu den Mechanismen der Pathogenunterdrückung durch isolierte Mikroben.
- Entwicklung eines Protokolls für zukünftige mikrobielle Studien.
Schlussfolgerungen
- Die iChip-Technik eignet sich zur Entdeckung neuartiger Bodenmikroorganismen.
- Die Forschungsergebnisse könnten die Praxis des Pflanzenschutzes verändern.
- Weitere Studien sind erforderlich, um die Wirksamkeit der identifizierten Verbindungen in praktischen Anwendungen zu bewerten.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die iChip-Technologie ermöglicht die Isolierung zuvor unkultivierbarer Bodenmikroorganismen und erweitert so die zugängliche Diversität für die Entdeckung natürlicher Produkte und die Entwicklung von Biopestiziden. Dieser Ansatz behebt einen kritischen Engpass in der frühen Entdeckungsphase, indem er neue Quellen bioaktiver Moleküle erschließt, die für die Bekämpfung von antimikrobieller Resistenz und pflanzlichen Pathogenen relevant sind. Die Integration von iChip-gewonnenen Isolaten in F&E-Pipelines erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Identifizierung neuartiger Wirkstoffe und unterstützt die risikoadjustierte Weiterentwicklung von Wirkstoffportfolios.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht den Zugang zu neuartiger mikrobieller Diversität zur Generierung therapeutischer Hypothesen.
- Unterstützt die biologische Entschärfung von Risiken durch die Erweiterung des Pools an Kandidatenorganismen und Chemikalien.
- Verschafft funktionelle Validierung mikrobiell hergeleiteter bioaktiver Verbindungen gegenüber Zielpathogenen.
- Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Frühauswahl neuer Wirkstoffkandidaten für Biopestizide.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet einen reproduzierbaren Arbeitsablauf zur Vorbereitung validierter mikrobieller Isolate für nachgeschaltete Assays.
- Unterstützt die Standardisierung und Skalierbarkeit bei der Untersuchung auf antimikrobielle oder biopestizide Wirkung.
- Ermöglicht die quantitative Beurteilung des mikrobiellen Wachstums und der biologischen Aktivität unter kontrollierten Bedingungen.
- Bereitet Isolate für eine zuverlässige Bewertung von Verbindungen und sekundäre Charakterisierungen vor.
Translationale und präklinische Forschung
- Ergänzt translationsmedizinische Zielsetzungen, indem vielversprechende Mikroben und Verbindungen für die Wirksamkeitsprüfung unter realen Bedingungen identifiziert werden.
- Unterstützt den nahtlosen Übergang von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung in Pflanzenkrankheitsmodellen.
- Ermöglicht die risikoadjustierte Weiterentwicklung aussichtsreicher Biopestizid-Kandidaten basierend auf mechanistischen Erkenntnissen.
- Erleichtert die Untersuchung umweltbedingter und ökologischer Faktoren, die die Wirkung der Verbindungen beeinflussen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die iChip-Methode ist an der Schnittstelle zwischen früher Entdeckung und Lead-Identifizierung angesiedelt und schafft eine Brücke vom Umwelt-Sampling zur Auswahl präklinischer Kandidaten.
- Entdeckungsbiologie: Erweitert die Hypothesenprüfung, indem sie die Isolierung neuartiger Mikroben und ihrer Metabolite ermöglicht.
- Screening: Stellt standardisierte, reproduzierbare mikrobielle Isolate für verlässliche Screening-Workflows bereit.
- Analytik: Unterstützt die quantitative Messung von mikrobiellem Wachstum und biologischer Aktivität für vergleichende Analysen.
- Translationale Forschung: Verbindet Isolate aus der Entdeckungsphase mit präklinischen Wirksamkeitsstudien in krankheitsrelevanten Systemen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform für laufende Forschungsaktivitäten zu Naturstoffen und Biopestiziden.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Mehrdeutigkeiten bei der Entdeckung in frühen Stadien.
- Operationaler Wert: Bietet einen standardisierten, skalierbaren und kontaminationsarmen Arbeitsablauf für die mikrobielle Isolierung.
- Strategischer Wert: Ermöglicht fundiertere Go/No-Go-Entscheidungen und eine effizientere Kapitalnutzung, indem der zugängliche chemische Raum erweitert wird.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung neuartiger mikrobieller Kandidaten für die weitere Entwicklung.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in Mikrobiologie, Bodenkunde und steriler Technik.
- Benötigt Zugang zu grundlegender Laborinfrastruktur und analytischen Werkzeugen zur mikrobiellen Charakterisierung.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise über Teamgrenzen hinweg, um Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten.
- Kann je nach Bodentyp oder Umweltbedingungen Anpassungen erfordern.
- Hängt von einer effektiven nachgeschalteten Screening- und Validierungsphase ab, um den vollen Forschungs- und Entwicklungsnutzen zu erzielen.
