RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Streptomyces מאופיינים במחזור חיים מורכב שהיה מאתגר מבחינה ניסויית למחקר באמצעים ביולוגיים של תאים. כאן אנו מציגים פרוטוקול לביצוע מיקרוסקופ פלואורסצנטי של מחזור החיים השלם על ידי גידול Streptomyces venezuelae במכשיר מיקרופלואידי.
הדמיית תאים חיים של תהליכים ביולוגיים ברמת התא הבודד הייתה חיונית להבנתנו הנוכחית את הארגון התת-תאי של תאי חיידקים. עם זאת, היישום של מיקרוסקופ זמן-lapse לחקר התהליכים הביולוגיים של התא העומדים בבסיס ההתפתחות בחיידק החוטים הנבגים Streptomyces נפגע על ידי קשיים טכניים.
כאן אנו מציגים פרוטוקול להתגברות על מגבלות אלה על ידי גידול מין המודל החדש, Streptomyces venezuelae, במכשיר מיקרופלואידי זמין מסחרית המחובר למיקרוסקופ פלואורסצנטי רחב שדה הפוך. בניגוד למיני המודל הקלאסיים, Streptomyces coelicolor, S. venezuelae נבגים בנוזל, ומאפשרים יישום של תאי גידול מיקרופלואידיים כדי לטפח ולנטר מיקרוסקופית את ההתפתחות התאית וההתמיינות של S. venezuelae לאורך תקופות זמן ארוכות. בנוסף לניטור שינויים מורפולוגיים, ניתן לדמיין את ההתפלגות המרחבית-זמנית של חלבוני מטרה המסומנים פלואורסצנטית גם על ידי מיקרוסקופ זמן-lapse. יתר על כן, הפלטפורמה המיקרופלואידית מציעה את הגמישות הניסיונית להחלפת מדיום התרבית, המשמש בפרוטוקול המפורט לגירוי נבגים של S. venezuelae בתא המיקרופלואידי. תמונות של כל מחזור החיים של דרום ונצואלה נרכשות במרווחי זמן ספציפיים ומעובדות בתוכנת הקוד הפתוח פיג'י כדי להפיק סרטים של סדרות הזמן המוקלטות.
Streptomycetes הם חיידקי אדמת שוכני המאופיינות מחזור התפתחותית מורכב המעורב בידול מורפולוגיים מ תפטיר רב-תאי, הדחה-מזין רדום, נבגי unigenomic 1-3.
תחת תנאי גידול נוחים שנבג Streptomyces הטיפוסי מתחיל לנבוט ידי לשיחול צינורות ניבטים אחד או שניים (איור 1). צינורות אלה להאריך ובהרחבת טיפ ולגדול לרשת hyphal קנים המכונית התפטיר וגטטיבי. צמיחת פולאר הסתעפות hyphal מופנה על ידי DivIVA החלבון החיוני. חלבון מפותל, סליל זהו חלק ממכלול ציטופלסמית גדול שנקרא polarisome, שהוא חיוני עבור החדרת חומר מעטפה הסלולרית החדש בקצה הארכת 4-7. במהלך צמיחה של צמח, חוטי hyphal להיות ממודרים כתוצאה מהיווצרותם הנדירה של מה שנקרא חוצת קירות 8. ההיווצרות של קירות הצולבים אלה מחדש quires FtsZ, החלבון cytoskeletal דמוי טובולין כי הוא חיוני עבור חלוקת התא רוב החיידקים 9. בשנת Streptomyces, לעומת זאת, קירות צלב וגטטיבי אלה אינם להוביל לפרידת התכווצות תאי תאים ולכן מסת mycelial נשארה כרשה של תאי סינסיציאלי מחובר יתר. בתגובת הגבלת מזין ואיתות אחרים שאינם מובנים היטב, עובש אוויר מיוחד להתנתק התפטיר וגטטיבי ולגדול לאוויר 3. הקמת המבנים אלה יוזמת את שלב הרבייה של פיתוח, שבמהלכו עובש האוויר רב-גנומי הארוך להיות מחולק עשרות תאי prespore unigenomic השווה בגודלן. אירוע חלוקת תא מסיבי זה הוא מונע על ידי ההתכווצות סינכרוני של טבעות FtsZ מרובות בתוך 2,10 עובש sporogenic היחיד. בידול מורפולוגי הושלם על ידי השחרור של רדומים, בעובי דופן, נבגים פיגמנט.
t "FO: keep-together.within-page =" 1 ">
האירועים התפתחותי החשובים של מחזור חי Streptomyces הם גם מאופיינים 1,3. עם זאת, מה הוא עדיין נדיר מחקרי תא ביולוגי מעסיקות הקרינה מיקרוסקופיה זמן לשגות לספק תובנה תהליכי subcellular שבבסיס בידול, כגון דינמיקת לוקליזציה חלבון, תנועת כרומוזום חלוקת תא מבחינת התפתחותית מבוקרת. Live- תא הדמיה של פיתוח Streptomyces כבר מאתגר בגלל המורכבות של מחזור החיים ואת המאפיינים הפיזיולוגיים של האורגניזם. מחקרים קודמים על צמיחת צמח ו בשלבים הראשונים של septation נביגה יש מועסקים לתאי הדמיה חדיר-חמצן, או הצמיחה נתמכת agarose של coelicolor Streptomyces על במת מיקרוסקופ 11-15. שיטות אלה, עם זאת, מוגבלים על ידי מספר גורמים. חלק מהמערכות רק לאפשר הדמיה לטווח קצר של צמיחה הסלולרחלבוני ניאון ד לפני תאים סובלים אספקת חמצן מספיקה או לצמוח מתוך המטוס מוקד בשל דפוס תלת ממדי של פיתוח hyphal. במקרים בם הדמיה לטווח ארוך אפשרית, טיפוח תאים על גבולות רפידות agarose גמישות ניסיון, כי התאים לא יכולים להיחשף תנאי גידול או מתח חלופיים, ואת קרינת הרקע מהמדיום של רפידות agarose מגבילה מאוד את היכולת לנטר ניאון חלש אותות.
כאן אנו מתארים פרוטוקול עבור דימות תאים חיים של מחזור החיים Streptomyces להשלים עם דיוק ורגישות מעולה. על ידי הגדלה Streptomyces במכשיר microfluidic מחובר מיקרוסקופ פלואורסצנטי widefield (איור 2), אנו יכולים כעת לעקוב אחר נביטה, צמיחה צמח ו נביגה septation על פני פרק זמן של עד 30 שעות. זה קל מאוד על ידי השימוש של Streptomyces אורגניזם המודל החדש venezuelae כי זה sporulates להשלמה ליד בתרבות השקועה ובכך מתגבר על המגבלה של מיני מודל הקלסיים ס coelicolor, אשר sporulates רק על תקשורת מוצקה 16-20. כדי לעזור לחזות צמיחה צמח ו נביגה, אנו שיתוף-Express fluorescently מתויג גרסאות של DivIVA סמן הקוטביות בתא ואת החלבון חלוקת התא מפתח FtsZ.
אנחנו משתמשים במכשיר microfluidic זמינים מסחרית כי הועסק בהצלחה עבור mycobacteria, Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum, subtilis Bacillus ושמרים 21-25. מערכת מלכודות תאי מטוס בודד מוקדי ומאפשרת שליטת זלוף הרציפה של מדיום תרבות ממאגרים שונים. בפרוטוקול המפורט ננצל בתכונה זו כדי לחשוף ס venezuelae תפטיר וגטטיבי על downshift תזונתי לקדם נביגה.
הדה הפרוטוקולscribed הוא עבור דימות תאים חיים של מחזור החיים Streptomyces כולו, אבל התנאים תקשורת אלטרנטיבית או הגדרות מיקרוסקופ ניתן לבחור אם בשלבים התפתחותיים ספציפיים הם בעלי עניין מיוחד.

איור 2: סכמטי המתאר את זרימת העבודה הניסויית. שלושת הצעדים העיקריים המתוארים בפרוטוקול מוצגים. ראשית, נבגים ובינוניים בילו ערוכים מתרבות נייחת פאזיים. שנית, נבגים טריים נטענים לתוך מערכת microfluidic וס venezuelae הוא צלם לאורך כל מחזור החיים ההתפתחותיים שלו באמצעות מיקרוסקופ הפוכה אוטומטית לחלוטין עם תא דגירה לשמור על טמפרטורה לצמיחה אופטימלית. שלישית, סדרת הזמן לשגות שהתקבלה מנותחת ומעובד באמצעות תוכנת הקוד הפתוח פיג'י.
1. ניתוק של טרי S. נבגי venezuelae ואת הכנת בינוני תרבות שהות
2. הכנת המכשיר microfluidic
הערה: כל PLA microfluidicte מאפשר עד ארבעה ניסויים בלתי תלויים להתבצע. כדי למנוע זיהום של תאי זרימה בשימוש, השתמש פתרונות סטרילי ותנאי עבודה בעת הגדרת ניסוי.
3. הגדר של מיקרוסקופ פרוטוקול זמן לשגות
הערה: שיטה זו יושמה על מיקרוסקופ widefield הפוך ממונעת האוטומטי לחלוטין מצוידת במצלמת sCMOS, מנורת מתכת הליד, פוקוס אוטומטי חומרה, בעל קרקע צלחות 96-היטב בתא סביבתי.
4. דור של זמן לשגות סרטים שימוש פיג'י תוכנה
הערה: יש לציין כי חבילות תוכנה מסחרית וחופשית שונות זמינות כדי לעבד תמונות מיקרוסקופיה זמן לשגות כולל ZenBlue, Metamorph, קפוא, ImagePro או ImageJ. כאן נתמקד פיג'י, אשר הנה תכנית עיבוד תמונת קוד פתוח מבוססת על ImageJ, ואשר כבר מספק מספר התוספים המותקנים מראש שימושיים.
ההדמיה לחיות התאים המוצלחת של ס כולו מחזור החיים venezuelae מניב זמן-סדרה רצופה כולל שלבי ההתפתחות העיקריים של נביטה, צמיחה צמח ו נביגה (איור 3, סרט 1). ויזואליזציה של ההתקדמות דרך מחזור החיים משופרת נוספת על ידי לוקליזציה subcellular הברורה של DivIVA-mCherry ו FtsZ-YPet. במהלך נביטה וצמיחה וגטטיבי, DivIVA-mCherry מצטבר בלעדי בקצות hyphal גדלו או סימני טביעה חדש נקודות סניף (איור 4 א). תוצאות אלו עולות בקנה אחד עם מיצוב subcellular שדווח בעבר של 12,26 DivIVA. לעומת זאת, FtsZ-YPet יוצר יחיד מבנים דמויי טבעת במרווחים לא סדירים של תפטיר גדל (איור 4B). מבנים אלה מספקים את הפיגום לסינתזה של קירות צלב וגטטיבי שאינם מגבילים, המוביל להיווצרות של interconnמדורי hyphal ected 8. בידול הסלולר של גדל עובש לתוך עובש sporogenic הופך לגלוי על ידי היעלמות מוקדי קוטב DivIVA-mCherry, מעצרו של צמיחת קוטב והעלייה במקבילה של קרינת FtsZ-YPet (האיור 4C). בשנת sporulating העובש, דפוס לוקליזציה של FtsZ-YPet משתנה באופן דרמטי; חוטי סליל FtsZ-YPet הראשונים מתגלגלים לאורך hypha ולאחר מכן, אירוע סינכרוני פתאומי, כמעט, סלילים אלה להתגבש סולם צלצולי YPet FtsZ פזור. תחת תנאי הניסוי המתואר כאן, מופץ באופן שווה אלה סולמות FtsZ-YPet להימשך כ -2 שעות. לבסוף, מחיצה נביגה להיות ניכר הניגוד התערבות ההפרש (DIC) תמונות (איור 4D) ולבסוף נבגים חדשים מתפרסמים.
הפרוטוקול הבא המתאר את עיבוד התמונה באמצעות תוכנת פיג'י קובעה TEP-אחר-צעד הסבר כיצד להפיק סרט לפרסום מהסדרת הזמן לשגות רכש (סרט 1).

איור 3: תמונות Snapshot מתוך סדרת מיקרוסקופ פלואורסצנטי זמן לשגות נציג ס venezuelae הפיק שכותרתו fluorescently FtsZ (ירוק) DivIVA (אדום) מוצגים הם מסגרות נבחרות תמונות ממוזגות (פנל עליון: RFP-YFP-DIC, פנל תחתון: DIC). לדמיין את מחזור חי Streptomyces כולל נביטה, צמיחת צמח ו נביגה. תמונות נלקחו סרט 1. זמן נמצא hr: דקות. ברי סולם = 5 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
ד / 53,863 / 53863fig4.jpg "/>
איור 4: נציג תוצאות עבור סדרה הזמן לשגות מוצלחת של מחזור חי Streptomyces (א) לוקליזציה של DivIVA-mCherry.. מוצגים הם תמונות של שתי נקודות בפעם הבאות מסרט 1 עם תמונות ממוזגות של RFP וערוצי דסק"ש. DivIVA-mCherry מסמן אתרי סניף hyphal חדשים (ראש חץ מלא) ו localizes בקצה hyphal לכוון צמיחה קוטבית (ראש חץ פתוח). סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר (ב) לוקליזציה FtsZ-YPet במהלך הצמיחה וגטטיבי (ראש חץ). FtsZ-YPet יוצר יחיד מבנים דמוי טבעת (פנל עליון) כי לא להצר (DIC, פנל תחתון). (C) FtsZ-YPet (ירוק) לוקליזציה במהלך septation נביגה. מוקדי DivIVA-mCherry מוצגים באדום, עם זמן שחלף המתואר להלן (HR: דקות). סרגל קנה מידה: 5 מיקרומטר. (ד) מקביל תמונות דסק"ש של עובש sporulating מ (C) מראה את הטופסation של תאי prespore עם septa נביגה הגלוי (בתמונה משמאל), אשר בסופו של דבר להבשיל לכדי שרשרת של נבגים (בתמונה מימין). זמן הוא hr: דקות. סרגל קנה מידה = 5 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

סרט 1: סדרת מיקרוסקופ פלואורסצנטי זמן לשגות של Streptomyces venezuelae מחזור החיים הסרט מורכב תמונות RFP-YFP הממוזגת (משמאל) ואת התערבות ההפרש לעומת המקביל (DIC) תמונות (מימין).. DivIVA-mCherry מוצג YPet-FtsZ האדום בירוק. מרווח הזמן בין יחיד מסגרות הוא 40 דקות. בר סולם = 10 מיקרומטר. אנא לחץ כאן לצפייה תיסרט של.
למחברים אין מה לחשוף.
Streptomyces מאופיינים במחזור חיים מורכב שהיה מאתגר מבחינה ניסויית למחקר באמצעים ביולוגיים של תאים. כאן אנו מציגים פרוטוקול לביצוע מיקרוסקופ פלואורסצנטי של מחזור החיים השלם על ידי גידול Streptomyces venezuelae במכשיר מיקרופלואידי.
המחברים מודים לגרנט קלדר על הסיוע הטכני עם המיקרוסקופ, למאט בוש על הערותיו על הפרוטוקול, ולמרכז ג'ון אינס על רכישת מיקרוסקופ השדה הרחב של צייס. עבודה זו מומנה על ידי מענק BBSRC BB/I002197/1 (ל-M.J.B), על ידי מענק התוכנית האסטרטגית של מכון BBSRC BB/J004561/1 למרכז ג'ון אינס, על ידי מענק מועצת המחקר השוודית 621-2010-4463 (ל-K.F.), ועל ידי מלגת פוסט-דוקטורט של לאופולדינה (ל-S.S).
| B04A צלחת CellAsic ONIX לתאי חיידקים | Merck-Millipore | B04A-03-5PK | לוחות תרבית מיקרופלואידית |
| CellAsic ONIX מערכת זלוף מיקרופלואידית ו-ONIX FG (גרסה 5.0.2) | Merck-Millipore | EV-262 | ניתן למצוא את הגרסה האחרונה של ONIX (יולי 2015) והוראות כיצד להשתמש בתוכנית כאן: http://www.merckmillipore.com |
| Axio Observer.Z1 מיקרוסקופ | Zeiss | 431007-9902-000 | מיקרוסקופ שדה רחב הפוך אוטומטי וממונע |
| לחלוטין אינקובטור XL multi S1 עם מודול טמפרטורה S1 ויחידת חימום XL S2 | Zeiss | 411857-9061-000 | תא סביבתי המקיף את המיקרוסקופ |
| Plan-Apochromat 100x/1.46 Oil DIC objective | Zeiss | 420792-9800-000 | |
| Ocra FLASH 4 V2 | Hamamatsu Photonics K.K. | C11440-22CU | |
| תאורה HXP 120V | Zeiss | 423013-9010-000 | |
| סט מסנני FL 46 HE YFP ללא משמרת | Zeiss | 489046-9901-000 | סט מסנני פלורסנט, עירור 500/25 ננומטר, פליטה 535/30 ננומטר |
| סט מסנני FL 63 HE RFP ללא משמרת | Zeiss | 489063-0000-000 | סט מסנני פלורסנט, עירור 572/25 ננומטר, פליטה 629/30 ננומטר |
| מסגרת הרכבה K-M למולטיוול צלחות | Zeiss | 000000-1272-644 | מחזיק במה לצלחת מיקרופלואידית |
| ZEN pro 2012 | Zeiss | 410135-1002-120 | תוכנת בקרת מיקרוסקופ |
| ZEN מודול Time Lapse | Zeiss | 410136-1031-110 | מודול תוכנה להגדרת ניסויי מיקרוסקופיה זמן-lapse |
| ZEN אריחים/מיקומים | Zeiss | 410136-1025-110 | מודול תוכנה לשמירת מיקומי שלב ספציפיים (xzy) |
| חבילת תוכנה בקוד פתוח | מפיג'י | http://fiji.sc/Fiji | יצירת סרטי קיטועי זמן |
| <חזקים>תמצית מלטוזה-שמרים אקסטרקט-מאלט (MYM)חזק> 4 גרם מלטוז<> 4 גרם תמצית שמרים 10 גרם תמצית לתת להוסיף 1 ליטר H2O באמצעות 50% מי ברז ו-50% מי אוסמוזה הפוכה ולהוסיף 200 מ"ל תמיסת יסודות קורט R2 ל-100 מ"ל לאחר חיטוי | מדיום נבגים המשמש לתרבית S. venezuelae SV60 | ||
| R2 תמיסת יסודות קורט (TE) 8 מ"ג ZnCl2 40 מ"ג FeCl3-6H2O 2 מ"ג CuCl2-2H2O 2 מ"ג MnCl2-4H2O 2 מ"ג Na2B4O7-10H2O 2 מ"ג ( NH4)6Mo7O24-4H2O להוסיף 200 מ"ל H2O Autoclave ולאחסן ב-4 oC | להוסיף 0.002 נפחים ל MYM | ||
| PBS (מלח חוצץ פוספט) | Sigma | P4417-100TAB | משמש למילוי בארות כניסה של נתיבים שאינם בשימוש בלוחות B04A על מנת להכין צלחת לאחסון לטווח קצר. |
| 0.22 ומיקרו; מסנני מזרק | m Satorius stedim | 16532-K | הכנת אוסף |
| זנים משומש MYM-TE | SV60 | John Innes Centre | S. venezuelae זן המבטא divIVA-mcherry ו-ftsZ-ypet |