פורמידיום לקונה (שם מדעי: Phormidium lacuna ) הוא ציאנובקטריום נימה שבודד מסלעים ימיים. מאמר זה מתאר את הבידוד של חוטים ממקורות טבעיים, מיצוי DNA, ריצוף גנום, טרנספורמציה טבעית, ביטוי של sfGFP, קריוקונסרבציה ושיטות תנועתיות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פורמידיום לקונה (שם מדעי: Phormidium lacuna ) הוא ציאנובקטריום נימה שבודד מסלעים ימיים. מאמר זה מתאר את הבידוד של חוטים ממקורות טבעיים, מיצוי DNA, ריצוף גנום, טרנספורמציה טבעית, ביטוי של sfGFP, קריוקונסרבציה ושיטות תנועתיות.
ציאנובקטריה הם המוקד של מחקר בסיסי ופרויקטים ביוטכנולוגיים שבהם אנרגיה סולארית מנוצלת לייצור ביומסה. פורמידיום לקונה (שם מדעי: Phormidium lacuna ) הוא ציאנובקטריום נימה שבודד לאחרונה. מאמר זה מתאר כיצד ניתן לבודד ציאנובקטריה נימה חדשה מבורות סלעים ימיים. הוא גם מתאר כיצד ניתן לחלץ דנ"א מחוטים וכיצד ניתן לרצף את הגנומים. אף על פי שהטרנספורמציה נוצרת עבור מינים חד-תאיים רבים, היא מדווחת בתדירות נמוכה יותר על ציאנובקטריה נימה. שיטה פשוטה לטרנספורמציה הטבעית של P. lacuna מתוארת כאן. P. lacuna הוא החבר היחיד במסדר מתנדים שעבורו נוצרת טרנספורמציה טבעית. מאמר זה גם מראה כיצד טרנספורמציה טבעית משמשת לביטוי חלבון פלואורסצנטי ירוק בעל קיפול יתר (sfGFP). מקדם cpcB אנדוגני גרם לביטוי חזק בערך פי 5 מאשר מקדמי cpc560, A2813 או psbA2 מ- Synechocystis sp. PCC6803. יתר על כן, הוקמה שיטה לשמירת ההקפאה של P. lacuna ו - Synechocystis sp.CPP 6803, ותוארו שיטות להערכת תנועתיות בתווך נוזלי ועל משטחי אגר ופלסטיק.
ציאנובקטריה הם אורגניזמים פרוקריוטים המשתמשים בפוטוסינתזה כמקור אנרגיה 1,2. המחקר מתמקד יותר ויותר במינים ציאנובקטריאליים. ניתן לשנות מספר ציאנובקטריה באמצעות DNA3. גנים יכולים להיות מופלים או ביטוי יתר במינים אלה. עם זאת, השינוי מוגבל למינים בודדים 4,5,6,7,8,9,10,11, וזה יכול להיות קשה לבסס טרנספורמציה בזנים מאוספי תרבויות או 8 בטבע. זנים של המין הנימה Phormidium lacuna (איור 1) בודדו מבורות סלעים ימיים, שבהם התנאים הסביבתיים, כגון ריכוזי מלחים או טמפרטורה, משתנים עם הזמן. ציאנובקטריה נימה זו יכולה לשמש כאורגניזמים לדוגמה לסדר Oscillatoriales12 שאליו הם שייכים.
במהלך ניסויים שבדקו העברת גנים על ידי אלקטרופורציה13,14 נמצא כי P. lacuna יכול להשתנות על ידי טרנספורמציה טבעית15. בתהליך זה, הדנ"א נקלט באופן טבעי על ידי תאים מסוימים. בהשוואה לשיטות אחרות של טרנספורמציה16,17, לטרנספורמציה טבעית יש יתרון בכך שאינה דורשת כלים נוספים שעלולים לסבך את ההליך. לדוגמה, אלקטרופורציה דורשת cuvettes תקין, חוטים שלמים, ובחירת המתח הנכון. P. lacuna הוא כיום חבר המתנדים היחיד הרגיש לטרנספורמציה טבעית. מכיוון שהפרוטוקול המקורי מבוסס על פרוטוקולי אלקטרופורציה, הוא עדיין כלל מספר שלבי כביסה שעשויים להיות מיותרים. גישות שונות נבדקו כדי לפשט את הפרוטוקול, מה שהוביל לפרוטוקול הטרנספורמציה שהוצג כאן.
רצף הגנום חיוני למחקרים מולקולריים נוספים המבוססים על נוקאאוט גנים או ביטוי יתר. למרות שניתן להשיג רצפי גנום עם מכונות ריצוף מהדור הבא תוך תקופות קצרות, מיצוי הדנ"א יכול להיות קשה ותלוי במין. עם P. lacuna נבדקו מספר פרוטוקולים. לאחר מכן הוקמה שיטה שונה המבוססת על צטיל טרימתיל אמוניום ברומיד (CTAB), וכתוצאה מכך נוצרה טוהר מקובל של דנ"א ותפוקות DNA של כל מחזור טיהור להמשך העבודה במעבדה. ניתן לרצף את הגנום של חמישה זנים באמצעות פרוטוקול זה. שלב הטרנספורמציה ההגיונית הבא היה לבסס ביטוי חלבונים ב-P. lacuna.
ניתן לזהות את ה-sfGFP המשמש כחלבון סמן בפרוטוקול זה באמצעות כל מיקרוסקופ פלואורסצנטי. כל היזמים שנבדקו יכלו לשמש לביטוי P. lacuna sfGFP. המספר ההולך וגדל של זנים הנובעים מטרנספורמציה הביא לצורך בשיטה לאחסון התרבויות. שיטות כאלה הוקמו עבור Escherichia coli וחיידקים רבים אחרים18. בפרוטוקולים סטנדרטיים, תרביות גליצרול מוכנות, מועברות בחנקן נוזלי ומאוחסנות בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס. שיטה זו דורשת רק כמה צעדים והיא אמינה מאוד עבור אותם מינים שעבורם היא הוקמה. הפרוטוקול הסטנדרטי לא היה אפשרי עבור P. lacuna מכיוון שלא ניתן היה לשחזר תאים חיים בכל המקרים. עם זאת, כאשר הגליצרול הוסר לאחר ההפשרה, תאים של כל הניסויים שרדו. שיטות פשוטות מוצגות לניתוח תנועתיות של P. lacuna, אשר ניתן לשלב עם מוטגנזה נוקאאוט כדי לחקור סוג IV pili או את התפקיד של photoreceptors. מבחנים אלה שונים מאלו של ציאנובקטריה חד-תאית 19,20,21 ויכולים להיות שימושיים גם עבור תנודות אחרות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. בידוד מהסביבה הטבעית
הערה: ניתן לבודד אצות ירוקות, דיאטומים, ציאנובקטריה נימה ומיקרו-אצות אחרות. הפרוטוקול יכול לשמש עבור כל מיני מיקרו-אלגה מבורות סלעים הגדלים בתנאי מעבדה. ציאנובקטריה נימה השייכת לתנודות ניתן לזהות בקלות על ידי תנועתם וצורתם החוטית. ניתן לזהות את המין במצב חצי-פורה על ידי ריצוף גנום או ריצוף 16S rRNA.
2. מיצוי DNA
הערה: שיטה זו מאומצת מ - 25 26
3. טרנספורמציה טבעית וביטוי GFP
הערה: הטרנספורמציה מבוססת על וקטור פלסמיד המופץ ב- E. coli; pGEM-T או pUC19 עשויים לשמש כווקטורים של עמוד שדרה. טכניקות שיבוט מבוססות במעבדות רבות; ראה גם פרוטוקולים סטנדרטיים28 והמאמרים על וקטורי טרנספורמציה עבור P. lacuna15,29. דוגמאות לווקטורים לביטוי sfGFP מתוארות בסעיף התוצאות הייצוגיות. פרטים על ארבעה וקטורים שטרם פורסמו מופיעים בקובץ משלים 1.
4. שימור קריו-קונסרבציה
הערה: P. lacuna והציאנובקטריום החד-תאי Synechocystis sp. PCC 6803 משמשים. השיטה הנוכחית עובדת טוב יותר עבור P. lacuna.
5. תנועתיות של פורמידיום לקונה
הערה: יתוארו שלושה מבחנים שונים. אותה תרבות משמשת בכל המקרים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בעקבות השיטות הנ"ל, 5 זנים שונים של P. lacuna בודדו מבורות סלעים ורוצפו (איור 1 וטבלה 1). כל התרבויות היו סטריליות לאחר ~ שנה אחת של תת-תרבות למעט P. lacuna HE10JO. זן זה עדיין מזוהם ב-Marivirga atlantica, חיידק ימי. במהלך טיולי הלגולנד הבאים, ציאנובקטריה נימה אחרים בודדו מבריכות סלעים, השונות מ- P. lacuna ויש לאפיין אותן.
מספר שיטות מיצוי וטיהור דנ"א נבדקו עבור P. lacuna. התוצאות הטובות ביותר ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למרות שזנים רבים של ציאנובקטריה זמינים מאוספי תרביות 32,33,34,35,36, עדיין יש ביקוש לציאנובקטריה חדשה מהטבע מכיוון שמינים אלה מותאמים לתכונות ספציפיות. P. lacuna נאסף מבורות סלעים והוא מותאם לווריאציות של ריכוזי מלח וטמפרטורה30. זנים של מין זה נמצאו במהלך טיולים בשנים 2008, 2009 ו-2010. עם ההליך המתואר כאן, 5 זנים של P. lac...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
העבודה נתמכה על ידי המכון הטכנולוגי של קרלסרוהר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Autoclave 3870 ELV | Tuttnauer | 3870 ELV | |
| Bacto Agar | OttoNorwald | 214010 | |
| BG-11 תמיסת מים מתוקים | Sigma Aldrich | C3061 | |
| BG-11 בינוני | Merck | 73816-250ML | |
| חומצה בורית | Merck | 10043-35-3 | H3BO3 |
| סידן כלוריד דיהידראט | Carl Roth | 10035-04-8 | CaCl2 · 2 H2O |
| צלוחיות תרבית תאים Cellstar עם מכסה בורג מסנן, סטרילי, 250 מ"ל | גריינר | 658190 | |
| צלוחיות תרבית תאים Cellstar עם מכסה בורג מסנן, סטרילי, 50 מ"ל | גריינר | 601975 | |
| צנטריפוגה LYNX 4000 | Thermo Scientific | 75006580 | ורוטור |
| צנטריפוגה מיקרוסטאר 17 | VWR International | N/A | עבור עד 13,000 סל"ד |
| Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) | PanReac AppliChem | 57-09-0 | C19H42BrN |
| כלורופורם: איזואמיל אלכוהול 24: 1 | PanReac AppliChem | A1935 | |
| קובלט (II) כלוריד הקסהידראט | Merck | 7791-13-1 | CoCl2 · 6 H2O |
| נחושת (II) סולפט פנטהידראט | Merck | 7758-99-8 | CuSO4 · 5 H2O |
| D(+)-ביוטין | קארל רות' | 58-85-5 | C10H16N2O3S |
| סולם DNA 1 kb | ניו אינגלנד Biolabs | N3232 | |
| סולם DNA 100 bp | ניו אינגלנד Biolabs | N3231 | |
| עזרה בצנרת חשמלית accujet-pro S | מותג GmbH | 26360 | לפיפטינג 1-25 מ"ל |
| אתנול | VWR | 64-17-5 | C2H6O |
| אתילנדיאמין חומצה טטראצטית דיסודיום מלח דיהידרט | קארל רוט | 6381-92-6 | EDTA-Na2 · 2 H2O |
| מיקרוסקופ פלואורסצנטי ApoTome | Zeiss | ||
| מיקרוסקופ פלואורסצנטי Axio Imager 2 | Zeiss | ||
| לחץ Cell Press | American Instrument Company | N/A | |
| מערכת תיעוד ג'ל Saffe Image | Invitrogen | ||
| מערכת Gelelctrophoresis Mupid-One/-exu | ADVANCED | ||
| Glassware, שונים | |||
| גליצרול | קארל רוט | 56-81-5 | C3H8O3 |
| Iron(III) כלוריד הקסהידרט | Merck | ברקוד 10025-77-1 | FeCl3 · 6 H2O |
| Kanamycin | Sigma-Aldrich | 25389-94-0 | |
| Kanamycin sulphate | Carl Roth | 25389-94-0 | C18H36N4O11 · H2SO4 |
| Lauroylsarcosine, מלח נתרן (Sarcosyl) | Sigma Aldrich | 137-16-6 | C15H28NO3 · |
| Na LB Broth (Lennox) | Carl Roth | X964.4 | |
| מקור אור, צינור פלורסנט L18W/954 אור יום | OSRAM | גידול ציאנובקטריה | |
| מקור אור, פאנל LED XL 6500K 140 W | Bloom Star | N/A | גידול ציאנובקטריה, עד 1,000 ומיקרו; mol m-2 s-1 |
| מגנזיום כלוריד הקסהידרט | קארל רות' | 7791-18-6 | MgCl2 · 6 H2O |
| מנגן(II) כלוריד טטרהידראט | Serva | 13446-34-9 | MnCl2 · 4 H2O |
| מיקרוסקופ DM750 | Zeiss | ||
| ערכת מיצוי פלסמיד הכנה Midi ערכת NucleoBond Xtra Midi ערכת | Macherey-NAGEL GmbH & Co. KG | REF740410.50 | |
| Minicomputer Raspberry Pi 4 + | Conrad Electronics | 2138863-YD | להקלטת זמן-lapse מצלמת |
| עיניים EC3 | Leica | להקלטה רציפה עד 30 שניות | |
| מצלמת עיניים MikrOkular Full HD | Bresser | להקלטות זמן-lapse, יחד עם מיני-מחשב Raspberry Pi | |
| צלחות פטרי פוליסטירול, 100 מ"מ x 20 מ"מ | Merck | P5606-400EA | |
| צלחות פטרי פוליסטירול, 60 מ"מ x 15 מ"מ | Merck | P5481-500EA | |
| פוטומטר Nanodrop ND-1000 | Peqlab Biotechnologie | ||
| Photometer Uvikon XS | Goebel Instrumentelle Analytik GmbH | ||
| פיפטמן 100-1,000 ומיקרו; L | Gilson | מק"ט: FA10006M | |
| Pipetman 10-100 ומיקרו; ל | גילסון | מק"ט: FA10004M | |
| פיפטות פלסטיק 10 מ"ל, | סטרילית גריינר | 607107 | |
| סטרילית, סטרילית, שפופרת | 188271 | גריינר | |
| ל, סטרילית, 50 מ"ל | גריינר | 227261 | |
| אשלגן ברומיד | קארל רוט | 7758-02-3 | KBr |
| אשלגן כלורי | קרל רוט | 7447-40-7 | ספק כוח KCl |
| Statron 3252-1 | Statron Gerä tetechnik GmbH | ||
| ספק כוח וולטקראפט PPS 16005 | קונרד אלקטרוניקה | עבור LED | |
| פרוטאינאז K | Promega | MC500C | ממקסוול 16 miRNA ערכת רקמות AS1470 |
| Q5 פולימראז | ניו אינגלנד Biolabs | M0491S | |
| ערכת ריצוף הבאSeq 500/550 v2.5 | Illumina | ||
| הבאSeq 550 SY-415-1002 | Illumina | ||
| Shaker Unimax 2010 | מכשירי | היידולף לגידול | |
| נתרן אצטט | קארל רוט | 127-09-3 | NaCH3COO |
| נתרן כלורי | קארל רוט | 7647-14-5 | NaCl |
| נתרן דימימן פוספט מונוהידרט | קארל רוט | 10049-21-5 | NaH2PO4 · H2O |
| נתרן פלואוריד | Carl Roth | 7681-49-4 | NaF |
| נתרן מימן פחמתי | Carl Roth | 144-55-8 | NaHCO3נתרן |
| מוליבדט דיהידראט | Serva | 10102-40-6 | Na2MoO4 · 2 H2O |
| נתרן חנקתי | Merck | 7631-99-4 | NaNO3 |
| נתרן גופרתי | Carl Roth | 7757-82-6 | Na2SO4 |
| Strontium chloride hexahydrate | Carl Roth | 10025-70-4 | SrCl2 · 6 H2O |
| תיאמין הידרוכלוריד | Merck | 67-03-8 | C12H17ClN4OS · HCl |
| TRIS | Carl Roth | 77-86-1 | C4H11NO3 |
| Ultra מכשיר UP100H עם sonotrode MS3 | Hielscher טכנולוגיית אולטרסאונד | UP100H | |
| Ultraturrax Silent Crusher M | Heidolph Instruments | הומוגנייזר | |
| אוריאה | קארל רוט | 57-13-6 | CH4<>N2O |
| ויטמין B12 | Sigma | 68-19-9 | C63H88CoN14O14P |
| תמיסת | 0.3 ומיקרו; M thiamin-HCl, 2.1 ננומטר ביוטין, 0.37 ננומטר ציאנוקובלמין | ||
| סטילס מים, טיפול במים | טכנולוגיות מים VEOLIA | ELGA_21001 | |
| אבץ סולפט הפטהידראט | סיגמא | 7446-20-0 | ZnSO4 · 7 H2O |
| תוכנה, URL | |||
| gatb-minia תוכנית להרכבת | DNAhttps://github.com/GATB/gatb-minia-pipeline | מייצרת פיגומים גדולים מקריאות DNA קצרות, | |
| לעיבוד אימג' (עוצמות פיקסלים, קוטר מעגל) | |||
| > | |||
| מי ים מלאכותיים | 0.41 מ' NaCl, 53 מ"מ MgCl<תת>2,28 מ"מ Na2SO4, 10 mM CaCl2, 9 mM KCl , 2.4 מ"מ NaHCO<תת>3 , 0.84 מ"מ KBr, 0.49 מ"מ H<תת>3BO<תת>3, 90 ומיקרו; M SrCl<תת>2, 72 ומיקרו; M NaF | ||
| f/2 - מי ים מלאכותיים בינוניים נוזליים | , 0.1% (v/v) תמיסת יסודות קורט, 0.05% (v/v) תמיסת ויטמינים, 0.88 מ"מ NaNO3, 36 µ M NaH2PO4 | ||
| f/2+ נוזלי בינוני | f/2-בינוני, עם NaNO3 מוגבר פי 10 ו-NaH2PO4 (0.88 מ"מ NaNO3, 36 µ M NaH2PO4 | ||
| f/2+-agar | 3% (w/v) bacto agar, מי ים מלאכותיים, 0.1% (v/v) תמיסת יסודות קורט, 0.05% (v/v) תמיסת ויטמינים, 8.8 מ"מ NaNO3, 0.36 mM NaH2PO4 | ||
| f/2-agar | 3% (w/v) בקטו אגר, מי ים מלאכותיים, 0.1% (v/v) תמיסת יסודות קורט, 0.05% (v/v) תמיסת ויטמין, 0.88 מ"מ NaNO3, 36 & M NaH2PO4 | ||
| Trace Element Solution | 0.36 mM NaH2PO4, 12 µ M Na2EDTA, 39 nM CuSO4, 26 nM Na2MoO4 , 77 nM ZnSO4, 42 nM CoCl2, 0.91 ומיקרו; M MnCl<תת>2 | ||
| ויטמין | 0.3 ומיקרו; M תיאמין-הידרוכלוריד, 2.1 ננומטר ביוטין, 0.37 ננומטר ציאנוקובלמין |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.