פרוטוקול זה מתאר שיטה מהירה ופשוטה לייצור ליסאט חיידקי לביטוי גנים ללא תאים, באמצעות זן מהונדס של Escherichia coli ודורש ציוד מעבדה סטנדרטי בלבד.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר שיטה מהירה ופשוטה לייצור ליסאט חיידקי לביטוי גנים ללא תאים, באמצעות זן מהונדס של Escherichia coli ודורש ציוד מעבדה סטנדרטי בלבד.
ביטוי גנים ללא תאים מציע את כוחה של הביולוגיה ללא סיבוכים של אורגניזם חי. למרות שקיימות מערכות ביטוי גנים רבות כאלה, רובן יקרות למדי לקנייה ו/או לדרוש ציוד מיוחד ומומחיות מושחזת דק כדי לייצר ביעילות. פרוטוקול זה מתאר שיטה לייצור ליסאט נטול תאים חיידקי התומך ברמות גבוהות של ביטוי גנים, תוך שימוש בציוד מעבדה סטנדרטי בלבד ודורש עיבוד מינימלי. השיטה משתמשת בזן קולי Escherichia המייצר אנדוליסין שאינו משפיע על הצמיחה, אך מייצר ביעילות גלולה של תאים שנקטפו לאחר מחזור פשוט של הפשרת הקפאה. העיבוד הנוסף היחיד הנדרש הוא דגירה קצרה ואחריה צנטריפוגה כדי לנקות את האוטוליקט של פסולת הסלולר. מעגלי גנים דינמיים יכולים להיות מושגים באמצעות ביטוי הטרולוגי של פרוטאז ClpX בתאים לפני הקציר. זן E. coli חסר הגן lacZ יכול לשמש עבור רגישות גבוהה, יישומי biosensing ללא תאים באמצעות קריאה צבעונית או פלואורסצנטית. הפרוטוקול כולו דורש מעט כמו 8-9 שעות, עם רק 1-2 שעות של עבודה מעשית מחיסון להשלמה. על ידי הפחתת העלות והזמן כדי לקבל lysate ללא תאים, שיטה זו צריכה להגדיל את המחיר הזול של ביטוי גנים ללא תאים עבור יישומים שונים.
ביטוי גנים בליסאטים ללא תאים יש מספר יתרונות על פני שימוש בתאים חיים1,2,3,4. ליסאטים ניתן לשנות בקלות ביוכימית ולהשתמש בתנאים שיכולים להיות מזיקים או בלתי אפשרי להשיג בתאים חיים. מעגלי ביטוי גנים אינם צריכים להתמודד או להתחרות בתהליכים ביולוגיים מארחים, ובדיקת מעגלים גנטיים חדשים היא פשוטה כמו הוספת DNA. מסיבות אלה, ביטוי גנים ללא תאים מצא יישומים שונים, מ biosensors5,6 כדי במהירות טיפוס מעגלי גנים סינתטיים7,8 לפתח תאים מלאכותיים9. רוב ביטוי הגנים ללא תאים משתמש lysates הסלולר כי כבר מעובד מאוד, בדרך כלל דורש פרוטוקולים ארוכים ומורכבים, ציוד מיוחד, ו / או צעדים רגישים שיכולים להוביל וריאציה משמעותית בין משתמשים אצוות10,11.
מאמר זה מתאר שיטה פשוטה ויעילה לייצור ליסאט ללא תאים הדורש עיבוד ומומחיות מינימליים (איור 1A)12. השיטה מסתמכת על תאי E. coli כי הם מהונדסים lyse לאחר מחזור פשוט להפשיר הקפאה. התאים מבטאים אנדוליסין מפג' למדה שמשפיל את דופן התא. ככל שהתאים גדלים, אנדוליסין זה נשאר בציטופלסמה, מופרד מקיר התא. עם זאת, מחזור פשוט להפשרת הקפאה משבש את הממברנה הציטופלסמית, משחרר את האנדוליזין לתוך הפריפלסמה, שם הוא משפיל את דופן התא, וכתוצאה מכך תמוגה מהירה של התא. הפרוטוקול יכול להסתיים עם רק כמה שעות של עבודה מעשית ודורש רק מקפיא, צנטריפוגה המסוגלת 30,000 × גרם (לקבלת תוצאות אופטימליות; מהירויות נמוכות יותר ניתן להשתמש בזהירות רבה יותר לא להפריע לכדור), מערבל מערבולת, ופתרון חיץ פשוט. ליסאט פונקציונלי יכול אפילו להיות מיוצר על ידי ייבוש קפוא של התאים rehydrating אותם במקום. עם זאת, שיטה זו מייצרת lysates עם פעילות נמוכה יותר, ככל הנראה בשל פסולת התא הנותרת.
lysates פעילים מאוד עבור ביטוי גנים ללא תאים, והם יכולים להיות משופרים בדרכים שונות בהתאם לשימוש הסופי. ניתן להגדיל עוד יותר את קצב סינתזת החלבון על ידי ריכוז ה- lysate באמצעות רכזי ספין סטנדרטיים. ניתן להגן על דנ"א ליניארי מפני השפלה על ידי הוספת חלבון GamS מטוהר. השפלת חלבונים, הכרחית לדינמיקת מעגלים מורכבת יותר כגון תנודה, ניתן להשיג על ידי הבעת הקסאמר ClpX בזן13המייצר באופן אוטומטי . לבסוף, קריאות חזותיות מבוססות LacZ מופעלות באמצעות זן autolysate חסר lacZ. בסך הכל, שיטה זו מייצרת ליסאט פעיל מאוד ללא תאים המתאים למגוון רחב של יישומים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכן מדיה ומאגרים.
2. הכן תאים.
3. הכן את הלסייט.
4. ביטוי גנים ללא תאים
הערה: ה- Autolysate מוכן כעת לכל שימוש קצה רצוי. להלן פרוטוקול סטנדרטי לדוגמה לביטוי גנים ללא תאים.
5. שינויים בפרוטוקול
הערה: השינויים הבאים של הפרוטוקול מאפשרים לו לשרת יישומים אחרים.
הערה 1: תאים אוטומטיים מתוכננים להתיז על מחזור הפשרת הקפאה, ולכן חשוב במיוחד להשתמש cryoprotectant בעת ביצוע מלאי קפוא. הקפאנו מניות ב 24% wt / vol גליצרל ואחסנו אותם ב -80 °C (80 °F).
הערה 2: יונים מגנזיום ו PEG 8000 הם קריטיים לביצועי ליסאט. הבסיס 2.5x premix, המבוסס על נתונים שפורסמו בעבר, מכיל 6 mM מגנזיום גלוטמט ו 4.8% wt / vol PEG 8000, אשר הופכים 2.4 mM ו 1.9%, בהתאמה, בתגובה הסופית. Autolysate מוכן עם הפרוטוקול כאן בדרך כלל מבצעים הטובים ביותר עם 5 מ"מ נוספים Mg-גלוטמט ו 1.5% PEG 8000 בתגובה הסופית. עם זאת, ניתן למטב זאת בטווח של גלוטמט Mg נוסף של 0-10 מ"מ ו-0-3% PEG 8000 נוספים (בהשוואה לפני הקדם הבסיסי). כדי להכין את premix עם מומלץ 5 מ"מ נוסף Mg-גלוטמט ו 1.5% PEG 8000 (ריכוזים סופיים), לערבב 380 μL של premix עם 4.75 μL של מגנזיום גלוטמט ב 1 M ו 36.1 μL של PEG 8000 ב 40% משקל / נפח.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתן לראות תוצאות מייצגות באמצעות autolysate כדי לבטא GFP מתוך פלסמיד מבטא באופן מרכיב, כאן pBEST-OR2-OR1-Pr-UTR1-deGFP-T500, והקלטת קורס זמן של פלואורסצנטיות GFP בקורא לוחות(איור 1B). סדרת דילול של דנ"א פלסמיד מצאה ביטוי חזק אפילו בדנ"א של 1 ננומטר. בהשוואה ליסאט זמין מסחרית, autolysate יכול לייצר תשואה כוללת גדולה יותר והשיג שיעור ייצור מקסימלי גדול יותר, מחושב כנגזרת הזמן של קורס הזמן GFP (איור 1C,D). לקבלת תוצאות נוספות בשיטה זו, ראה דידוביק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול המתואר כאן מניב ליסאט חיידקי פעיל מאוד לביטוי גנים ללא תאים. המפתח הוא להשתמש בתאים הנושאים את pAD-LyseR, המבטא את הלמבדה פאג' אנדוליסין בציטוזוליה. תאים אלה הם potentiated כדי lyse עצמם על permeabilization של הממברנה הפנימית, המאפשר את הגישה אנדוליסין לקיר התא, אשר השיטה משיגה באמצעות מחזור פשוט להפשיר הקפאה. מכיוון שהתאים למעשה מתמוססים, המוצר מכונה autolysate. לאחר שהתאים נרקמו, השלבים היחידים שנותרו הם דגירה וצנטריפוגה כדי לנקות את האוטוליקט של פסולת תאית.
בהשוואה לשיטות אחרות לי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
J.H. הוא מייסד שותף של GenCirq Inc, המתמקדים טיפולי סרטן. הוא חבר במועצת המנהלים ויש לו הון עצמי ב-GenCirq.
המחברים מודים לזאקרי סאן וריצ'רד מוריי (המכון הטכנולוגי של קליפורניה) על שסיפקו בחביבות את הפלסמיד P_araBAD-gamS, ואת Kaeko Kamei (המכון הטכנולוגי של קיוטו) על שסיפקו בחביבות צנטריפוגת קירור במהירות גבוהה. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מהמכונים הלאומיים לבריאות ומתוכנית ARO MURI ונתמכה בחלקה על ידי היוזמה המובילה לחוקרים צעירים מצוינים, MEXT, יפן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מדיה 2xYT | EMD Millipore | 4.85008 | או שווה ערך |
| 3-PGA | Sigma Aldrich | P8877 | או שווה ערך |
| Amicon Ultra-15 יחידת מסנן צנטריפוגלי, חתך 3 kDa | Millipore Sigma | UFC900308 | אופציונלי, ניתן להשתמש לריכוז ליזאט, בחירת קיבולת רכז המתאימה לנפח שיש לרכז |
| אמפיצילין | סיגמא אולדריץ' | A0166-5G | או קרבניצילין, גרסה יציבה יותר |
| של ATP | Sigma Aldrich | A8937 | או שווה ערך |
| cAMP | Sigma Aldrich | A9501 | או שווה ערך |
| CoA | Sigma Aldrich | C4282 | או שווה ערך |
| CTP | United States Biosciences | 14121 | או שווה ערך |
| D-גלוקוז (דקסטרוז) | Fisher Scientific | AAA1749603 | או שווה ערך |
| דיתיותרייטול (DTT) | Sigma Aldrich | D0632-1G | או שווה ערך |
| E. coli BL21-Gold (DE3) הנושא pAD-LyseR | Addgene | 99244 | |
| E. coli BL21-Gold (DE3) Δ lacZ הנושא pAD-LyseR | Addgene | 99245 | |
| חומצה פולינית | Sigma Aldrich | F7878 | או שווה ערך |
| GTP | United States Biosciences | 16800 | או שווה ערך |
| HEPES | Sigma Aldrich | H3375-25G | או |
| מדיה שווה ערך LB | Fisher Scientific | DF0446075 | |
| מגנזיום גלוטמט | שווה ערךSigma Aldrich | 49605-250G | או שווה ערך |
| NAD | Sigma Aldrich | N6522 | או שווה ערך |
| אשלגן גלוטמט | Sigma Aldrich | G1501-100G | או שווה ערך |
| אשלגן הידרוקסיד (KOH) | Sigma Aldrich | 221473-25G | להתאמת pH |
| אשלגן פוספט דו-בסיסי | Fisher Scientific | BP363-500 | או שווה ערך |
| אשלגן פוספט מונו-בסיסי | Fisher Scientific | BP362-500 | או שווה ערך |
| Spermidine | Sigma Aldrich | 85558 | או שווה ערך |
| Tris-HCl | Fisher Scientific | 9310500GM | או |
| תערובת tRNA | Roche | 10109541001 | או שווה ערך |
| UTP | United States Biosciences | 23160 | או שווה ערך |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.