Le tableau ministat décrit ci-dessus et (figure 1A, B) a été utilisé pour la culture d'une souche de laboratoire haploïde MATa de levure de boulanger (S288C) sous le sulfate de limitation de conditions telles que décrites précédemment. 10 Nous avons testé l'efficacité pour les applications en chémostat communs, y compris la détermination de la physiologie et de évolution expérimentale. Pour valider les Ministats, nous avons répété plusieurs expériences déjà réalisées dans des fermenteurs industriels modifiés pour l'usage chémostat. 10,20,21 Sixfors ATR fermenteurs ont été effectués à un volume de 300 ml de travail, plus de dix fois le volume des Ministats, et ont des modes très différents d'aération culture et de l'agitation. Nous avons tenté de reproduire la stabilité équipement, la physiologie état d'équilibre, les résultats expérimentaux évolution et l'expression des gènes obtenus avec ces fermenteurs.
L'uniformité des taux de dilution et l'aération sont des aspects importants de la conception chemostat, on measured le taux de dilution effectif à travers Ministats 32 après 15 générations de croissance et ont trouvé que, avec un taux de dilution de 0,17 cible vol / h (4-5 gouttes / min), on atteint un taux de dilution de 0,17208 moyenne avec un écart-type de 0,0075 à travers 32 répétitions. Cette gamme a été au sein de notre tolérance typique de + / -0,01 vol / h de différence à partir de la définition des objectifs, au-delà duquel changements à grande échelle dans l'expression des gènes ont été observées. 22-23 sur 4 Ministats le débit d'air a été établie à 307,5 ml / min avec un écart type de 9,57 ml / min. Ceci suggère que l'écoulement d'air dans les chambres est robuste et uniformément répartis entre les 4 chambres et est une valeur similaire à celle décrite pour l'aération dans des fermenteurs industriels 20.
Nous avons déjà observé une amplification récurrent de la sul1 haute affinité du transporteur de soufre-ion 08.08 expériences évolution du sulfate limitées dans la levure. 10 Compte tenu de la cohérence des résultats sous thiétat s, nous avons choisi de sulfate de limitation de tester la capacité de notre système. Un élément indispensable de la culture en chémostat est la nécessité de maintenir un environnement chimique constante. Les fluctuations de l'abondance d'une limitation des changements nutritionnels ou d'une autre dans l'environnement aboutissent généralement à un changement dans le nombre de cellules dans une culture donnée. Nous avons mesuré la densité optique comme un proxy pour le nombre de cellules (figure 2A) et la reproductibilité mesurée dans 16 cultures répétées, de trouver un moyen de 1,12 A600 (~ 10 9 cellules) après environ 15 générations de croissance avec un écart type de 0,057 unités, soit 5,1 %. A titre de comparaison, les mesures prises à partir de 4 cultures répétées cultivées dans des fermenteurs industriels ont montré un écart type de 2,5%. Les cellules sont bien mélangés dans la chambre de croissance: les mesures de DO et le nombre de cellules prélevées sur la piste des effluents étaient équivalentes à des échantillons prélevés directement sur le tube de culture (données non présentées). Ces résultats démontrent la robustesse de notre plate-forme d'unla capacité d pour maintenir un environnement chimique constante avec une tolérance similaire à celui du fermenteur industriel.
Comme une lecture plus sensible de la physiologie, nous avons comparé l'ensemble du génome expression régulière gène état des cultures cultivées dans du sulfate de limitation dans les Ministats et dans le fermenteur industriel. L'expression des gènes dans les Ministats ont montré un degré élevé de similitude entre trois biologique répétitions (figure 2B). Nous avons déjà noté que pour l'ARN dérivé de deux chemostats Sixfors répétés et co-hybridé à une puce à ADN, l'expression de 99% des gènes est tombé dans une fourchette de 1,5 fois, ce qui permet l'utilisation de 1.5X comme une coupure signification empirique 21. L'expression des gènes de Ministats trois répétitions, deux à deux par rapport a montré, 99% des gènes est tombé dans une fourchette 1.5 à 1.7 fois, comparable aux résultats des fermenteurs industriels. Les trois échantillons ont été hybridées à des tableaux individuels et les ratios calculés par paires après, de sorte que ces vasyphilis comprennent inter-matrices de bruit en plus du bruit biologique, ce qui pourrait surestimer la variation entre les répétitions par rapport aux publications, co-hybridés résultats. 138 gènes sont exprimés de façon différentielle> 1,5-pli dans tous ministat trois répétitions par rapport à un échantillon prélevé à partir d'une culture cultivée identifié dans le fermenteur industriel. Les gènes ont diminué dans l'expression dans les Ministats ont été fortement enrichi pour le métabolisme du fer. Cette signature peut refléter la composition de chaque métal différent configuration de l'appareil: l'appareil Sixfors comprend une turbine métallique et l'assemblage d'aération immergé dans la culture, des médias et de la bonbonnes précédemment utilisé également nécessaire quincaillerie métallique. Le ministat utilise des aiguilles en acier inoxydable, mais pas de composants métalliques. Les gènes présentant une expression accrue ont été largement associés avec les membranes cellulaires, bien que la signification biologique de cette association n'est pas claire.
Enfin, nous avons testé unde évolution expérimentaler ces conditions. Après 250 générations de sulfate de croissance limitée, 4/4 clones testés à partir de 4 populations indépendantes ont montré l'évolution amplification de sul1 détectée par hybridation génomique comparative (CGH, figure 2C). Ce résultat est cohérent avec les résultats des chemostats des quantités plus importantes sur des intervalles de temps similaires 10.

Figure Design 1. A. Conception et agencement de l'ensemble ministat. B. de la chambre de culture.

Figure 2. A. ExperimeNTAL données montrant que les cultures atteignent un équilibre dans les dix générations de croissance (n = 16). B. Les données d'expression pour trois réplicats biologiques S1-3 échantillonné pendant l'état d'équilibre avec une limitation de sulfate par rapport à une référence commune cultivé dans un appariement de sulfate limitée chémostat Sixfors C. amplifications. sul1 récupéré dans Ministats après 250 générations de croissance dans un environnement sulfate limitée. L'ADN génomique de chaque clone évolué a été comparé à l'ADN ancestral par CGH comme décrit. 21 Moyenne du nombre de copies a été calculé pour chaque région amplifiée et est indiqué à côté de chaque amplicon. Toutes les données de biopuces sont déposés dans la base de données GEO dans l'adhésion GSE36691. Cliquez ici pour agrandir la figure.