תרבויות Streptomyces-גדל נוזל מאופיינים בכדורי mycelial כי הם הטרוגנית בגודל. אנחנו כאן מתארים שיטה לניתוח וסוג כזה כדורים באופן תפוקה גבוהה. כדורים אלה יכולים לשמש לניתוחים נוספים, אשר יספק מוביל להבין ולשלוט ההטרוגניות צמיחה.
Method Article
תרבויות Streptomyces-גדל נוזל מאופיינים בכדורי mycelial כי הם הטרוגנית בגודל. אנחנו כאן מתארים שיטה לניתוח וסוג כזה כדורים באופן תפוקה גבוהה. כדורים אלה יכולים לשמש לניתוחים נוספים, אשר יספק מוביל להבין ולשלוט ההטרוגניות צמיחה.
Streptomycetes הם חיידקי אדמת פילמנטיות המשמשים בתעשייה לייצור אנזימים ואנטיביוטיקה. כאשר גדלו בbioreactors, אורגניזמים אלה יוצרים רשתות של העובש ביניהם, המכונה כדורים, שהם הטרוגניים בגודל. כאן אנו מתארים שיטה לניתוח ולכדורים מסוג mycelial באמצעות אובייקט מורכב פרמטריים מנתח וסדרן (Copas). מקבלות הוראות מפורטות לשימוש במכשיר ואת הניתוח הסטטיסטי הבסיסי של הנתונים. יתר על כן אנו מתארים כיצד ניתן למיין כדורים בהתאם להגדרות משתמש מוגדר, המאפשר עיבוד במורד הזרם, כגון הניתוח של RNA או תכולת חלבון. שימוש במתודולוגיה זו ניתן לטפל הצמיחה הטרוגנית הבסיסית המנגנון. זה יהיה סייע לשיפור streptomycetes כמפעל תא, בהתחשב בעובדה שהפריון בקורלציה עם גודל גלולה.
Streptomycetes הם חיידקי פילמנטיות אדמה שידועים היטב למיומנות שלהם כדי להפוך את האנטיביוטיקה, כמו גם תרכובות שיכולים לשמש כשמה כן היא, או כדי להילחם בזיהומים פטרייתיים או 1,2 הסרטן. בנוסף, אורגניזמים אלה מייצרים אנזימים שיש בם עניין למגוון רחב של יישומים תעשייתיים 3. רוב התרכובות מעניינות מסחרי אלה מיוצרים בbioreactors. צמיחה של streptomycetes בbioreactors מאופיינת על ידי היווצרות של מבנים מורכבים של העובש ביניהם, הידועים כגושים או כדורים. מבנים רב תאיים אלה הם הטרוגנית מאוד ביחס לגודל 4 ויכולים להגיע לגדלים שהם יותר ממיליון פעמים גדולות יותר מאשר חיידק חד תאי כגון Escherichia coli או Bacillus subtilis. למרות ההטרוגניות נחשבת כתכונה מועילה במערכות ביולוגיות טבעיות 5, זה נחשב מכשול ייצור בתעשייה. ביוcultivations כור צריך להיות לשעתקו ושליטה כדי להשיג התשואות הגבוהות ביותר אפשריות. הבנה מפורטת של תפקידו של כל אחד מהסוגים גלולה בbioreactor לכן חיונית כדי לשפר streptomycetes כמפעל תא.
Cytometry זרימה משמשת בדרך כלל כדי לנתח תאים בודדים באוכלוסייה 6. cytometers הזרימה יכול לרכוש מידע multiparametric זמנית על ידי מדידת מאפיינים של התאים (כגון גודל, צפיפות, וקרינה ססגוני). בדרך זו, יכולים להיות מתואם מאפייני תא ובכך תורמים להבנה שלנו של ההטרוגניות בתוך תרבות ואת קיומם של אוכלוסיות שונות של תאים 6. מכשירים יותר מיוחדים הפכו אותו ניתן למיין תאים על פי פרמטרים המוגדר על ידי משתמש. לדוגמא, יכולות להיות מוקרנת מוטציות. בעקבות מיון, יכולים להיות מתורבתים תאים שעברו מוטציה כזו לאפיון נוסף. זה כבר הוכיח את עצמו שימושי, בין השאר,כדי לשפר את הפרודוקטיביות של זני 7,8. חרירי זרימת cytometers בדרך כלל לאפשר המעבר של תאים בקוטר מרבי של כ 10 מיקרומטר. לכן, גלולות של streptomycetes לא יכולות להיות מנותחות עם הזרימה cytometers הרגיל. הם, לעומת זאת, יכולים להיות מנותחים עם האובייקט מורכב פרמטריים מנתח וסדרן (Copas). כמו הזרימה cytometers הרגיל, Copas יכול לרכוש נתונים multiparametric של חלקיקים באופן תפוקה גבוה. בהתאם לסוג של Copas ניתן לנתח 10-1,500 מיקרומטר בגודל חלקיקים. בנוסף, היא מאפשרת למיון של חלקיקים בודדים שיכול לשמש לטיפוח או ניתוחים במורד הזרם, כגון הבידוד של DNA, RNA, או חלבונים. Copas תוכנן בתחילה לניתוח ומיון של אורגניזמים רב תאיים קטנים, כגון elegans נמטודות Caenorhabditis 9, ועוברי דרוזופילה וזחלי 10. המכשירים יש גם שימשו ל11 דג הזברהnd ל12,13 פטריות פילמנטיות. גם אורגניזמים האחרונים יוצרים כדורי mycelial שהם אפילו גדולים יותר מאלה שנוצרו על ידי חיידקי פילמנטיות. אנחנו הוכיחו לאחרונה כי השימוש בCopas הוא גם ריאלי עבור streptomycetes 4. אנחנו כאן מתארים את ההליך הניסיוני לשימוש בCopas כדי להעריך את ההטרוגניות גלולה בcoelicolor Streptomyces, כולל פרטים על המתודולוגיה למיין כדורים לפי גודל. שים לב, עם זאת, כי בשיטה זו יכולה לשמש גם לניתוח streptomycetes יוצרי גלולה האחר.
ההליך לניתוח וסוג Streptomyces כדורים מתרבות שגדל נוזל שני ימים בת מיוצג באופן סכמטי באיור 1. פרטים על השיטה הם כדלקמן.
1. צמיחה (כולל הכנת מדיה וBuffers)
2. דגימה
3. Copas ניתוח
4. ניתוח נתונים
5. גלולה מיון
מדידות Copas של כדורי Streptomyces
Streptomycetes יוצר כדורי mycelial בתרבויות נוזליים שיש להם מגוון רחב של גדלים. כדי לנתח את התפלגות גודל גלולה, נוזל 2 יום ישן תרבות coelicolor Streptomyces גדלה היה נתון לזרימת חלקיקים גדולה cytometry באמצעות Copas פלוס Profiler מצויד בזרבובית של 1 מ"מ. פלט Copas טיפוסי הוא עלילת פיזור כגון דמיינו באיור 2 א. ציר x מייצג את (TOF) בזמן של הטיסה, אשר עולה בקנה עם גודל גלולה (כלומר זה לוקח יותר זמן לכדורים גדולים יותר כדי להעביר את קרן הלייזר). ציר ה-Y מציגה את ההכחדה, המייצגת את הצפיפות האופטית של האובייקט. כל נקודה בעלילת הפיזור מתאימה לאירוע בודד, כלומר גלולה אחת שעוברת את קרן הלייזר. חשוב לציין, כאשר המדגם מרוכז מדי (כלומר, כאשר הלייזר מזהה יותר מ -100 אירועים / sec), Copas לעתים קרובות לא מצליח לזהות את p פרטellets. זה מוביל לערכי TOF שווא, כי הם גבוהים מדי. דילול המדגם מפחית את ערכי TOF ממוצע, עד לנקודה שבה מדלל נוסף עושה אין השפעה ארוכה יותר TOF. הוא הגיע לנקודה זו, כאשר כ 100 כדורים / sec נותחו.
שרטוט נקודות נתונים להיסטוגרמה מצביע על כך שהגדלים אינם מתפלגים נורמלי (איור 2). החלוקה נראית להיות מוטה לצד ימין. התחבר הפיכת ערכת הנתונים גם לא הוביל להתפלגות נורמלית (איור 2 ג). כדי להעריך אם התפלגות הגודל יכולה להיות מוסברת על ידי הנחה בתערובת של שתי התפלגויות נורמליות נתונים היה במתכונת 12,15 מתמטית. דוגמנות אכן ציינה כי התפלגות הגודל יכולה להיות מוסברת על ידי הנחת שקיומם של שתי אוכלוסיות שונות של כדורים. האוכלוסייה של כדורים קטנים כללה 92% מהכדורים בגודל ממוצע של 248 מיקרומטר, ואילו האוכלוסייה של פל הגדולמאפשר לי (8% מכל כדורים) היו בגודל ממוצע של 319 מיקרומטר (שים לב ששתי אוכלוסיות הם הניחו להתקיים כאשר חלק קטן ההשתתפות הוא בין 2.5-97.5%).
מיון של כדורי Streptomyces לפי גודל
מיקרו-מושבות מהאוכלוסיות של כדורים קטנים וגדולים מוינו. לשם כך, גדלי גלולה הממוצע של שתי האוכלוסיות שימשו כדי להגדיר את הגבולות למיון. פלטות קטנות יותר מאשר 248 מיקרומטר נחשבו מאוכלוסיית גלולה הקטנה, ואילו כדורים גדולים יותר מאשר 319 מיקרומטר נחשבו מאוכלוסיית הכדור הגדולה (איור 3), כדי להגביל את המיון של כדורים מהחלק החופף של הגודל שני הפצות. ניתוח מיקרוסקופי של כדורים ממוינים הראה הגדלים שונים שלהם (איור 3). כדורים שנאספו יכולים לשמש עוד לדנ"א, רנ"א, או בידודי חלבון.
<גובה img = "איור 1" עבור: תוכן width = "5in" עבור: src = /> "/ files/ftp_upload/51178/51178fig1highres.jpg" = "/ files/ftp_upload/51178/51178fig1.jpg" src
איור 1. ייצוג סכמטי של הגדרת הניסוי כדי למדוד ולנתח את כדורי Streptomyces באמצעות Copas. לפרטים ראו בפרוצדורות. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 2. ההטרוגניות גודל גלולה בתרבויות Streptomyces-גדל נוזליים. ניתוח Copas של ס '2 ימים בת תרבות YEME coelicolor () מצביעה על כך שגדלי גלולה (המסומנים כזמן של ערכי טיסה) הם בדרך כלל לא להפיץד (ב), ולא להיות כל כך כש- הפך יומן (C). במקום זאת, שתי אוכלוסיות של כדורים שונים בTOF (ובכך גודל) התגלו. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 3. חלוקה של כדורי Streptomyces לפי גודל. פלטות בגודל קטן יותר מ248 מיקרומטר (מסומנים בורוד) נחשבו לכדורים קטנים, ואילו כדורים בגודל גדול יותר מ319 מיקרומטר (מסומן בכחול) נחשבו לכדורים גדולים. ניתוח מיקרוסקופי אישר את ההבדל בגודל. שים לב שגדלים אלה חושבו מהנתונים הפכו יומן באמצעות היחסים המתוארים בין TOF ודiameter של גלולה Streptomyces, אשר שווה 0.57 × TOF + 159 מיקרומטר. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
Cytometry זרימה אפשרה הניתוח המהיר של כמויות גדולות של תאים בודדים, אשר תרם להבנה של ההטרוגניות שלנו באוכלוסיות משובטים 6. cytometry זרימה הסדיר הוא לא ריאלי עבור ניתוח של כדורי mycelial תאיים של streptomycetes ופטריות. העבודה שלנו הוכיחה כי ניתוח תפוקה גבוהה של כדורי Streptomyces אפשרי באמצעות Copas. ההליך המתואר כאן הוא פשוט, מהיר, ושחזור מאוד. הפרמטר הקריטי שכדאי לזכור בעת הפעולה של המכשיר הוא מהירות הזרימה, שלא תעלה על 100 אירועים / שניות (שלב 3.8 של פרוטוקול זה). אם ריכוז גלולה, ולכן גם את מהירות הזרימה, הופך להיות גבוהים מדי, ערכי TOF יהיו שגו משום שהמכשיר לא מצליח לזהות את כדורים בודדים. מספיק דילול המדגם על ידי התוספת של PBS מתגבר על הבעיה הזו.
מגבלות
שימוש Copas פלוס ד כאן יש קוטר נחיר של 1 מ"מ, אשר מתאים למדידת חלקיקים בגודל שנע 30-700 מיקרומטר. נחיר זה ולכן מאפשר מדידת כדורים שהוקמו על ידי streptomycetes. במקרה של פטריות פילמנטיות מייקר המושבות עשויות להיות גדולות יותר, המגבילה את התחולה הכללית של פלוס Copas. Copas XL יכול למדוד חלקיקים עד 1,500 מיקרומטר בגודל אבל את הרגישות שלו בטווח התחתון של קוטר היא פחות בהשוואה לזה של פלוס Copas. שני פלוס Copas וXL Copas לא יכולים לנתח את החלקיקים קטנים יותר מאשר 30 מיקרומטר. משמעות הדבר הוא כי לא ניתן לנתח נבגים של חיידקים או תאים בודדים. בנוסף, Copas אולי לא במדויק לנתח מצרפים קטנים של נבגים ותאים או מייקר המושבות קטנות מאוד. לשם כך, יש להשתמש בנתחים סלולריים רגילים. מגבלה זו היא להתגבר על ידי Biosorter של איחוד Biometrica, שיכול לנתח את החלקיקים בטווח של 1-1,500 מיקרומטר. הפרס רכישת אולם הוא גבוה יותר.
משמעותו וכיוונים עתידיים
אנחנו כאן התמקדנו בניתוח של גודל גלולה אבל התקנת Copas היא גם מסוגלת לנתח וסוג המבוסס על הקרינה וצפיפות. גילוי הקרינה מאפשר לנו לנתח את ביטוי גנים המבוסס על כתבים כגון ה-GFP. יתר על כן, בהרכב של תאים יכול להיות מוערך. אפילו חזק יותר היא האפשרות להפריד בין כדורים לפי parame אלהters. כדורים מסודר יכולים לשמש לניתוחים במורד הזרם, ובכלל זה מחקרים כל omics. ואכן, אנחנו מסודרים בעבר 60,000 כדורים 200,000 קטנים וגדולים, והוכיחו כי proteome הייתה שונה באופן משמעותי בין כדורים קטנים והגדולים 4. טכנולוגיה זו ולכן מספקת מוביל חדש כדי לשפר את streptomycetes כמפעלי תא.
היתרון העיקרי של טכנולוגית Copas הוא זמן. מחקרים קודמים על כדורי תא בוצעו באמצעות מיקרוסקופ, וזה מגביל את מספר כדורים שניתן לנתח עד כמה מאות 16. מחקרים מיקרוסקופית כבר הציעו את קיומם של שתי אוכלוסיות של כדורים בתרבויות Streptomyces-גדל נוזל 16. ואכן, שתי אוכלוסיות של כדורים התגלו ללא קשר לתנאי תרבות במספר גדול של streptomycetes שונה 4. ההטרוגניות גודל זה אינה מוגבל לstreptomycetes פילמנטיות, אך נצפתה גם בפטריות פילמנטיות 12 </ Sup>. בכל המקרים, את המנגנון הבסיסי של הטרוגניות עדיין לא ידוע. האפשרות למיין כדורים לפי גודל וקרינה מאפשרת לנו לפענח מנגנונים כאלה.
החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| COPAS Plus | Union Biometrica | PLUS | ציטומטר זרימת חלקיקים גדולים כולל לייזרים ותוכנה |
| NaCl | Sigma Aldrich | S3014 | רכיב PBS |
| KCl | Sigma Aldrich | P9541 | רכיב PBS |
| Na2HPO4 | Sigma Aldrich | S3264 | רכיב PBS |
| KH2PO4 | Sigma Aldrich | P9791 | רכיב PBS |
| תמצית שמרים Difco | Biosciences | 210933 | רכיב מדיה |
| Bacto Peptone | BD Biosciences | 211677 | רכיב מדיה |
| תמצית לתת אוקסואיד | Fisher Scientific | OXLP0039B | רכיב מדיה |
| גלוקוז | סיגמא אולדריץ' | G8270 | מדיה רכיב |
| Sucrose | Sigma Aldrich | S9378 | רכיב מדיה |
| MgCl2• רכיבי מדיה 6H2O | Sigma Aldrich | M2670 | . יש להוסיף לאחר חיטוי. |
| תמיסת פורמלדהיד | Sigma Aldrich | F8775 | קיבוע כדורים |
| תמיסת נתרן היפוכלוריט | Sigma Aldrich | 71696 | לניקוי המכשיר |
| EtOH | VWR | 20816.367 | לניקוי המכשיר |
| בקבוק Erlenmeyer (250 מ"ל) | Fisher Scientific | 214-1132 | בקבוק תרבית לגידול Streptomyces |
| Springs | Verenfabriek de Spiraal | בהתאמה אישית | בשימוש בבקבוק תרבות. RVS1.4401/אורך 210 מ"מ/קוטר 17 מ"מ/פסיעה 5 מ"מ |
| צינור צנטריפוגה סטרילי (15 מ"ל) | Sarstedt | 62.554.002 | |
| מזרקים (50 מ"ל) | סיגמא | Z683698 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission