Este estudio presenta el desarrollo de metodologías reproducibles para estudiar los inhibidores de biopelículas y sus efectos sobre la multicelularidad de Bacillus subtilis.
Artículo de método
Este estudio presenta el desarrollo de metodologías reproducibles para estudiar los inhibidores de biopelículas y sus efectos sobre la multicelularidad de Bacillus subtilis.
Este trabajo evalúa diferentes metodologías para estudiar el impacto de los inhibidores de biopelículas de moléculas pequeñas, como los D-aminoácidos, en el desarrollo y la resiliencia de las biopelículas de Bacillus subtilis. En primer lugar, se presentan métodos que seleccionan inhibidores de moléculas pequeñas con objetivos específicos de biopelícula con el fin de separar el efecto de los inhibidores de moléculas pequeñas sobre el crecimiento planctónico de su efecto sobre la formación de biopelículas. A continuación, nos centramos en cómo las condiciones de inoculación afectan a la sensibilidad de los cultivos multicelulares flotantes de B. subtilis a los inhibidores de moléculas pequeñas. Los resultados sugieren que las discrepancias en los efectos reportados de tales inhibidores, como los D-aminoácidos, se deben a condiciones inconsistentes antes del cultivo. Además, se describe un protocolo desarrollado recientemente para evaluar la contribución de los tratamientos con moléculas pequeñas a la resistencia de los biofilms a sustancias antibacterianas. Por último, se presentan las técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) para analizar la disposición espacial tridimensional de las células y su matriz extracelular circundante en un biofilm de B. subtilis. SEM facilita la comprensión de la arquitectura tridimensional de la biopelícula y la textura de la matriz. Una combinación de los métodos descritos aquí puede ser de gran ayuda para el estudio del desarrollo de biopelículas en presencia y ausencia de inhibidores de biopelículas, y arrojar luz sobre el mecanismo de acción de estos inhibidores.
comunidades bacterianas multicelulares juegan un papel importante en entornos naturales y antropogénicos, y pueden ser beneficiosos o perjudiciales altamente. Estas colonias multicelulares se conocen como las biopelículas, en donde las células individuales están incrustadas en un (EPS) matriz de sustancias poliméricas extracelulares de producción propia. Los EPS se adhieren fuertemente a las células a la superficie que colonizan. Ellos sirven como un escudo contra las fuerzas mecánicas y químicas y crean un estrecho contacto entre las células vecinas, lo que facilita la comunicación celular 1. Una biopelícula puede ser vista como una comunidad diferenciada, donde las células uso altamente regulados, procesos orquestada para coordinar sus actividades dentro de la comunidad, así como en todas las especies 2-5. La transición de un planctónicas, el modo de vida libre de crecimiento a un estado de biopelícula se asocia a menudo con los procesos de desarrollo. Un buen ejemplo es la bacteria del suelo Bacillus subtilis Gram-positivas, y por lo tanto, una undomecepa sticated sirve como un modelo sólido organismo para estudiar las etapas de desarrollo que conducen a la formación de biopelículas. En esta bacteria, células móviles se organizan en estructuras multicelulares visibles que llevan a cabo tareas especializadas 4. Un grupo de células, la matriz-productores secretan exopolisacáridos 6, la proteína amiloide TASA 7,8, y la proteína de hidrofobicidad de la superficie BSLA 9,10; todos los cuales participan en el montaje de las EPS 11-13.
Dada la abundancia de biopelículas en nichos naturales y antropogénicos y el daño fatal putativa que pueden causar, hay una necesidad urgente de encontrar formas de prevenir su formación. inhibidores de moléculas pequeñas pueden ayudar en el descubrimiento de nuevas rutas reguladoras, enzimas y proteínas estructurales que participan en la formación de biopelículas, y por lo tanto promover puntos de vista en los complejos procesos de montaje comunidad multicelular. Como B. subtilis es un modelo bien estudiado para bioformación de película 14,15, que puede ser utilizado para evaluar los efectos de varios inhibidores de biopelículas. Este estudio fuerza a cuatro métodos fundamentales que son clave para evaluar la respuesta de las biopelículas a los inhibidores de moléculas pequeñas. En primer lugar, para asegurar que estos inhibidores tienen un objetivo del biofilm específica, la separación del efecto sobre el crecimiento planctónicas del efecto sobre la formación de biopelículas es crítica. La mayoría de los agentes antibacterianos dirigen a las células en su fase de crecimiento del plancton, pero las moléculas que se dirigen a la forma de vida de biopelículas son raros. Adicionalmente, como moléculas que no afectan el crecimiento planctónica no son tóxicos, pueden reducir la presión selectiva que favorece mutantes resistentes a los antibióticos 16. Por ejemplo, cuando biofilms se tratan con D-aminoácidos o ciertas otras moléculas pared interferir celular, o bien son perturbados o desmontados, pero estos inhibidores sólo afectan ligeramente 12,17 crecimiento planctónicas. Por el contrario, muchos antibióticos alteran dramáticamente el crecimiento del plancton, con little o ningún efecto sobre la formación de biopelículas 17.
En segundo lugar, se establece un marco experimental consistente y robusta para estudiar el efecto de las moléculas pequeñas es crucial. Hemos observado que el intervalo de concentración activa de inhibidores de moléculas pequeñas era sensible a las condiciones de pre-cultivo y para la configuración experimental utilizada para estudiar el efecto de estos inhibidores de molécula pequeña. Varios informes, en particular los que estudian B. subtilis, reveló variaciones en el rango de concentración en la que D-aminoácidos inhiben la formación de unas películas - las biopelículas bacterianas flotantes 12,17-19. Los resultados presentados aquí sugieren que los siguientes factores explican las diferencias en el rango de concentración activa: las condiciones de pre-cultivo (12,17 logarítmica frente fase de crecimiento del 20-estacionaria tardía), el medio de cultivo utilizado en la condición de pre-cultivo (rico, indefinido [caldo Luria, LB] frente define [glutamato monosódicoglicerol, MSgg]), la relación de la inoculación y, especialmente, la eliminación del medio de pre-cultivo antes de la inoculación. La temperatura de crecimiento de película estática mostró un papel menos importante en la gama de actividad de la inhibidor de molécula pequeña D-leucina, un ácido D-amino representativo utilizado en este estudio.
Por último, una vez que las biopelículas son tratados con inhibidores específicos de biopelícula, se requieren métodos robustos e informativas para caracterizar los efectos de estos inhibidores sobre la aptitud de biopelículas. Aquí, se describen dos métodos para caracterizar de forma independiente el efecto de inhibidores de moléculas pequeñas en detalle: (1) El efecto sobre las células individuales dentro de una colonia biofilm y su resistencia a los agentes antimicrobianos. Las células en las biopelículas son típicamente más resistentes a los antibióticos en comparación con bacterias de vida libre 21-23. Aunque este fenómeno es multifactorial, la capacidad de los EPS para reducir la penetración de antibióticos se considera a menudo como una explicación atractiva 24 . Este método evalúa la supervivencia de las células del biofilm preestablecidos después de la exposición a las sustancias antibacterianas. (2) El efecto sobre la arquitectura colonia biofilm, de la gran a la pequeña escala. colonias Biofilm se caracterizan por su estructura tridimensional y la presencia de los EPS. Utilizando microscopía electrónica de barrido, los cambios en la morfología celular, estructura colonia biofilm y la arquitectura y la abundancia de los EPS se pueden visualizar desde la grande (mm) a la pequeña escala (micras).
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1. Evaluar el efecto de los inhibidores de moléculas pequeñas en Pellicle y la formación de biopelículas Colonia

Figura 1. Visión general conceptual para la identificación de una configuración experimental sólida para evaluar la inhibición específica de la formación de biopelículas. Criterios de selección de inhibidores de moléculas pequeñas que indican interferencia específica con la formación de biopelículas sin efecto pronunciado sobre el crecimiento del plancton. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta cifra.
2. El etanol Ensayo de Resistencia

Figura 2. Ejemplo de diseño experimental para evaluar la resistencia de las células de colonias de biopelículas de agentes esterilizantes. Plantilla (A) utilizada para la distribución equitativa de las colonias de biopelícula a través de una placa de Petri y para el corte. (B)las imágenes de arriba hacia abajo sin tratar de biopelícula de tipo salvaje cultivadas durante 68 horas en un medio sólido, definido biopelícula que inducen MSgg a 30 ° C. La ampliación muestra cómo una colonia de biopelículas se puede cortar en dos mitades iguales. (C) Las dos mitades iguales biopelículas son tratados por igual (control, PBS) o con PBS o agente esterilizante y se procesa como se ha descrito. Barra de escala:. 1 cm Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. El biofilm colonia Preparación de muestras para microscopía electrónica de barrido
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El ensayo de película es un método para estudiar los procesos altamente regulados y dinámicas de B. pluricelularidad subtilis. Además de esto, el ensayo de película es adecuado para ensayar una serie de cualquiera de las condiciones pre-arranque o pequeñas concentraciones de moléculas en una placa única multiplaca de cultivo celular en un experimento. Sin embargo, B. formación de película subtilis es sensible a las condiciones de pre-cultivo (por ejemplo, medio de crecimiento...
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Bacillus subtilis formas robustas y altamente estructurados biopelículas tanto en estado líquido (unas películas) y en medio sólido (colonias). Por lo tanto, sirve como un organismo modelo ideal para caracterizar el modo de acción de los inhibidores de biopelículas específicas. En medio sólido, las células forman estructuras multicelulares con rasgos distintivos que no son evidentes en unas películas, como las arrugas que irradian desde el centro hasta el borde. Por lo tanto, unas películas y las colonias son s...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Las imágenes de microscopio electrónico se llevaron a cabo en la Unidad de Microscopía Electrónica del Instituto Weizmann de Ciencias, con el apoyo en parte del Centro Irving y Cherna Moskowitz para Imágenes Nano y Bio-Nano. Esta investigación también fue apoyada por la beca ISF I-CORE 152/1, el Sr. y la Sra. Dan Kane, la Sra. Lois Rosen, por una beca de investigación Yeda-Sela, por la Fundación Benéfica Larson, por el Programa de Becarios Ruth y Herman Albert para Nuevos Científicos, por el Instituto Ilse Katz para Ciencias de los Materiales y la Investigación en Resonancia Magnética, por la subvención del Ministerio de Salud para métodos de investigación alternativos, y por el Programa de Investigación Francia-Israel Cooperación - Maimónido-Israel. IKG es beneficiario de la Cátedra de Desarrollo Profesional Rowland y Sylvia.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Caldo Luria, Lennox | Difco | 240230 | |
| Bacto Agar | Difco | 214010 | |
| fosfato de potasio monobásico | Sigma, 136,09 g/mol | P0662-500G | |
| fosfato de potasio dibásico | Fisher Scientific, 174,18 g/mol | BP363-1 | |
| 3-(N-morpholino)ácido propanosulfónico | Fisher Scientific, 209,27 g/mol | BP308-500 | |
| cloruro de magnesio hexahidratado | Merck, 203,30 g/mol; | 1.05833.0250 | |
| cloruro de calcio anhidro | J.T. Baker, 110.98 g/mol | 1311-01 | |
| cloruro de manganeso (II) tetrahidratado | Sigma, 197.91 g/mol | 31422-250G-R | |
| cloruro de hierro (III) hexahidratado | Sigma, 270,30 g/mes) | F2877-500G | |
| cloruro de zinc anhidro | Acros Organics, 136,29 g/mol | 424592500 | |
| clorhidrato de tiamina | Sigma, 337,27 g/mol | T1270-100G | |
| L-triptófano | Fisher Scientific, 204,1 g/mol | BP395-100 | |
| L-fenilalanina | Sigma, 165,19 g/mol | P5482-100G | |
| L-treonina | Sigma, 119,12 g/mol | T8625-100G | |
| glicerol anhidro | Bio-Lab Itd | 712022300 | |
| sales monosódicas de ácido L-glutámico hidrato | Sigma, 169,11 g/mol | G1626-1KG | |
| D-leucina | Sigma, 169,11 g/mol | 855448-10G | |
| etanol anhidro | Gadot | 830000054 | |
| de afeitar | Eddison | NA | |
| filtro de celulosa circular | Whatman, 90 mm | 1001-090 | |
| glutaraldehído | EMS (Electronic Micoscopy Science), 25% en agua | 16220 | |
| paraformaldehído | EMS, 16% en agua | 15710 | |
| cacodilato de sodio | Merck, 214,05 g/mol | 8.2067 | |
| cloruro de calcio 2-hidrato | Merck, 147.02 g/mol | ||
| soporte de aluminio | EMS, cabeza ranurada | 75230 | |
| cinta adhesiva de carbono | EMS | 77825-12 | |
| Shaker 37 ° C | New Brunswick Scientific Innowa42 | NA | |
| Centrífuga | Centrífuga de mesa Eppendorf 5424 | NA | |
| Sonificador digital, modelo 250, utilizado con Microtip de doble paso | Branson | NA | |
| Incubadora 30 ° C | Binder | NA | |
| Incubadora 23 ° C | Binder | NA | |
| Filter System, 500 ml, poliestireno | Cornig Incorporated | NA | |
| Rotary Shaker - Orbitron Rotatory II | Boekel | NA | |
| S150 Sputter Coater | Edwards | NA | |
| CPD 030 Secador de punto crítico | BAL-TEC | NA | |
| Microscopio electrónico de barrido ambiental | XL30 ESEM FEG Philips (FEI) | NA |
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