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Numerosos métodos, como la minería del genoma y el examen de las vías biosintéticas silenciosas, han facilitado el descubrimiento de nuevas sustancias químicas bioactivas en los últimos años21,22. Sin embargo, las NP descubiertas utilizando tales métodos a menudo exhiben una alta similitud estructural con los compuestos conocidos. Obtener acceso a microorganismos previamente no cultivados desbloqueará una mayor diversidad química y NP con nuevos modos de acción que pueden ayudar mejor a combatir la resistencia microbiana. Se ha demostrado que la técnica de aislamiento iChip aumenta la cultivabilidad de nuevos microorganismos, que se pueden utilizar para construir bibliotecas de microorganismos para el descubrimiento de nuevas NP.
La primera conceptualización de un iChip se publicó en 2002, que consistía en anillos metálicos individuales que contenían una mezcla de células de agar sellada con membranas semipermeables e incubada in situ23. Más tarde, en 2010, se repitió para contener un pequeño chip con muchos pocillos11, seguido por el desarrollo de un iChip de bajo costo construido a partir de materiales de laboratorio comunes en una influyente publicación de Nature Protocols en 20179. En esta publicación se han realizado varias modificaciones al protocolo de Nature para mejorar su practicidad y facilidad de uso. El protocolo Nature consiste en pegar una membrana semipermeable a ambos lados de un chip en comparación con este método, que utiliza una cubierta de placa adhesiva en un lado. Pueden surgir problemas al usar pegamento de silicona para unir la membrana después de cargar el iChip. Hasta donde sabemos, todos los adhesivos de silicona no tóxicos emiten ácido acético a medida que se endurecen, lo que puede afectar la viabilidad celular24. El protocolo descrito en este video también reduce significativamente la cantidad de manipulación requerida después de la inoculación mediante el uso de la cubierta de la placa PCR para sellar la placa llena, lo que garantiza aún más la esterilidad y reduce el tiempo de configuración. Sobre la base de la identificación de múltiples aislados nuevos de este experimento, el uso de una sola membrana semipermeable inhibe el aumento en las tasas de descubrimiento de nuevos organismos que se ha informado para los iChips construidos con dos membranas semipermeables. Sin embargo, se necesitarían más experimentos con un tamaño de muestra mayor para cuantificar el impacto.
Otra modificación del método es solo subcultivos de los iChips modificados que contienen crecimiento en menos del 25% de los pozos. Si las colonias crecen en la mayoría de los pocillos de una placa, es probable que haya algunos pocillos que contengan múltiples microorganismos, aunque no sean fácilmente visibles. Durante el desarrollo del método, se descubrió que era en gran medida imposible obtener cultivos axénicos cuando se subcultivaba a partir de pozos que contenían más de una colonia. El aislamiento de cultivos no axénicos presenta problemas significativos aguas abajo en términos de ensayos de bioactividad e identificación. Por lo tanto, para simplificar, solo se recomienda subcultivar iChips modificados con colonias que crezcan en una parte de los pozos.
El problema más importante que puede surgir con los métodos iChip es la contaminación de pocillos o iChips completos con otros microorganismos. La contaminación se indica por las colonias que crecen en los pozos de control, o por el mismo microorganismo que crece en varios pozos o en toda un área del iChip modificado. La fuente de contaminación puede deberse a una esterilización inadecuada de los materiales durante la instalación o a una técnica aséptica inadecuada. En tales casos, asegúrese de que todos los materiales utilizados estén esterilizados en autoclave o etanol como se indica en el método, y asegúrese de que no se produzca contacto entre ningún elemento no estéril y el iChip modificado que no sea la mezcla de agar y celda. Si se observa un crecimiento excesivo de un solo microorganismo en la parte inferior o superior de varios pocillos iChip modificados, lo más probable es que sea el resultado de un sellado incompleto entre los pocillos y la membrana. En este caso, asegúrese de que el adhesivo utilizado sea 100% silicona, que no se degrada en etanol, y asegúrese de que la membrana semipermeable y la cubierta de la placa PCR estén completamente selladas alrededor de cada pozo durante la construcción.
La serie de diluciones utilizada en el protocolo actual debe proporcionar una dilución adecuada para la mayoría de los tipos de suelo con un período de almacenamiento de menos de una semana, ya que incluye un rango de diluciones mil veces. Sin embargo, puede haber una variación significativa en los recuentos de microorganismos entre los tipos de suelo. Si los pocillos de control no contienen crecimiento, pero hay múltiples colonias creciendo en cada pocillo de los cuatro iChips modificados, las concentraciones de celdas utilizadas no fueron lo suficientemente bajas. La serie de dilución debe modificarse para alcanzar concentraciones celulares más bajas en las mezclas de células y medios utilizadas para configurar los iChips modificados. Del mismo modo, si no se observa crecimiento en ninguna de estas placas, se deben aumentar las concentraciones utilizadas en las mezclas de células y medios. Alternativamente, es posible que la temperatura de los medios utilizados fuera demasiado alta para la supervivencia de los microorganismos. En tal caso, se debe permitir que el medio se enfríe tanto como sea posible sin solidificarse antes de agregarlo a la suspensión celular diluida.
La tecnología es un avance importante hacia la superación de la gran anomalía del recuento de placas. Sin embargo, todavía está limitado por la falta de idoneidad de las técnicas de cultivo convencionales, como lo indica el número de microorganismos que no sobreviven a la transferencia del iChip modificado a las placas de agar convencionales. Publicaciones anteriores han informado de que múltiples rondas de subcultivo e incubación en iChips aumentan aún más la cultivabilidad de los microorganismos. El tiempo de domesticación prolongado y la exposición a los factores de crecimiento del suelo mientras se está en agar en el iChip aumenta las posibilidades de que una colonia crezca solo con agar. Sin embargo, no se ha reportado que este enfoque produzca una mayor probabilidad de nuevos microorganismos que una sola incubación de iChip 25,26.
Se están explorando y modificando muchas otras tácticas para aumentar la cultivabilidad de nuevos microorganismos. Por ejemplo, se ha propuesto fabricar un dispositivo iChip completo a partir de un material semipermeable para facilitar el cocultivo de microorganismos en pozos vecinos27. Dicho esto, una ventaja de la construcción descrita en esta publicación es su bajo costo, ya que el costo de construir una placa equivale a aproximadamente $12 ($4 por placa de 96 pocillos, $8 por membrana, $2 por cubierta de PCR). Además, su construcción simple lo convierte en una herramienta sencilla cuando se usa como se describe y brinda muchas posibilidades de personalización. Aunque este protocolo utiliza un medio selectivo para las bacterias, la configuración experimental puede ajustarse teóricamente para dirigirse a una población microbiana deseada modificando el medio utilizado, como el uso de medios supresores de bacterias para dirigirse a los hongos, o agar bajo en nutrientes para los microorganismos esporulantes.