פרוטוקול זה מתאר כרומטוגרפיית אי-הכללת גודל, טכניקה ניתנת לשחזור להעשרת בועיות חוץ-תאיות של Mycobacterium tuberculosis מסופרנטים של תרביות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מתאר כרומטוגרפיית אי-הכללת גודל, טכניקה ניתנת לשחזור להעשרת בועיות חוץ-תאיות של Mycobacterium tuberculosis מסופרנטים של תרביות.
תפקידן של שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs) בהקשר של זיהום חיידקי התגלה כאפיק חדש להבנת הפיזיולוגיה המיקרוביאלית. באופן ספציפי, כלי רכב חשמליים של Mycobacterium tuberculosis (Mtb) ממלאים תפקיד באינטראקציה בין מארח לפתוגן ובתגובה ללחץ סביבתי. כלי רכב חשמליים מסוג Mtb הם גם אנטיגניים מאוד ומראים פוטנציאל כמרכיבי חיסון. השיטה הנפוצה ביותר לטיהור רכבים חשמליים מסוג Mtb היא אולטרה-צנטריפוגציה של שיפוע צפיפות. לתהליך זה יש מספר מגבלות, כולל תפוקה נמוכה, תפוקה נמוכה, הסתמכות על ציוד יקר, אתגרים טכניים, והוא יכול להשפיע לרעה על ההכנה המתקבלת. כרומטוגרפיית אי הכללת גודל (SEC) היא שיטה חלופית עדינה יותר הנלחמת ברבות מהמגבלות של אולטרה-צנטריפוגציה. פרוטוקול זה מדגים כי SEC יעיל להעשרת Mtb EV ומייצר תכשירי Mtb EV באיכות גבוהה של תפוקה מוגברת באופן מהיר ומדרגי. בנוסף, השוואה ל-ultracentrifugation של שיפוע צפיפות על ידי כימות והליכי הסמכה מדגימה את היתרונות של SEC. בעוד שההערכה של כמות EV (ניתוח מעקב אחר ננו-חלקיקים), פנוטיפ (מיקרוסקופיית אלקטרונים הולכה) ותוכן (כתם מערבי) מותאמת לרכבים חשמליים מסוג Mtb, ניתן ליישם את זרימת העבודה המסופקת על מיקובקטריות אחרות.
שחרור שלפוחית חוץ-תאית (EV) על ידי פתוגנים עשוי להיות המפתח לפתיחת טכנולוגיות חדשות לשליטה במחלות זיהומיות1. מיקובקטריום שחפת (Mtb) הוא פתוגן בעל השלכות גבוהות, מדביק כשליש מאוכלוסיית העולם וגובה את חייהם של מיליוני אנשים בכל שנה2. ייצור EV על ידי Mtb מתועד היטב ועם זאת חמקמק בביוגנזה ובתפקידים המגוונים (כלומר, אימונוסטימולטוריים, מדכאי חיסון, ברזל ורכישת חומרים מזינים) של כלי רכב חשמליים אלה בהקשר של זיהום 3,4,5. מאמצים להבין את הרכבם של כלי רכב חשמליים מסוג Mtb חשפו כדורים סגורים של 50-150 ננומטר של ממברנת השומנים הנגזרים מממברנת הפלזמה המכילים שומנים וחלבונים בעלי משמעות אימונולוגית 3,6. חקירת תפקידם של כלי רכב חשמליים מסוג Mtb בפיזיולוגיה של חיידקים גילתה את החשיבות של אפנון ר"ח חיידקי בתגובה ללחץ סביבתי להישרדות5. מחקרי אינטראקציה בין מארח לפתוגנים היו מסובכים יותר לפענוח, אך הראיות מצביעות על כך שרכבים חשמליים מסוג Mtb יכולים להשפיע על התגובה החיסונית של המארח ועשויים לשמש כמרכיב חיסון יעיל 3,4,7.
רוב המחקרים על כלי רכב חשמליים מסוג Mtb עד כה הסתמכו על אולטרה-צנטריפוגציה של שיפוע צפיפות להעשרת שלפוחית8. זה היה יעיל למחקרים בקנה מידה קטן; עם זאת, לטכניקה זו יש מספר אתגרים טכניים ולוגיסטיים. זרימות עבודה חלופיות מצמידות צנטריפוגה מרובת שלבים, להסרת תאים שלמים ופסולת גדולה, עם שלב אולטרה-צנטריפוגציה סופי לרכבים חשמליים כדוריים. מתודולוגיה זו יכולה להשתנות ביעילותה, ולעתים קרובות גורמת לתפוקה נמוכה ולטיהור משותף של ביו-מולקולות מסיסות שאינן קשורות לשלפוחית, תוך השפעה על שלמותהשלפוחית 9. בנוסף, תהליך זה גוזל זמן רב, אינטנסיבי באופן ידני ומוגבל מאוד בתפוקה בשל אילוצי ציוד.
הפרוטוקול הנוכחי מתאר טכניקה חלופית ל-ultracentrifugation של שיפוע צפיפות: כרומטוגרפיית אי-הכללת גודל (SEC). שיטה זו הוכחה עבור מיקובקטריה סביבתית, ובעבודה הנוכחית, היא עברה אקסטרפולציה ל- Mtb10. עמודה זמינה מסחרית ואספן שברים אוטומטי יכולים לשפר את העקביות בהכנת שלפוחית ולהפחית את הצורך בציוד ספציפי ויקר. ניתן גם להשלים פרוטוקול זה בשבריר מהזמן בהשוואה לאולטרה-צנטריפוגציה של שיפוע צפיפות, מה שמגדיל את התפוקה. טכניקה זו פחות מאתגרת מבחינה טכנית, מה שמקל על השליטה בה, ויכולה להגביר את יכולת השכפול הבין-מעבדתית. לבסוף, ל-SEC יש יעילות הפרדה גבוהה והיא עדינה, תוך שמירה על שלמות הבועיות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הוועדה לביו-בטיחות מוסדית של אוניברסיטת מדינת קולורדו אישרה את המחקר הנוכחי (19-046B). טיפוח שחפת מיקובקטריום וקצירת סופרנאטים עשירים ב-EV בוצעו על ידי צוות מיומן במעבדה להכלה גבוהה. החומרים הועברו אל מחוץ לאזור ההכלה הגבוהה לאחר ששיטת השבתה תקפה בוצעה, אושרה ואושרה על ידי מדיניות הבטיחות הביולוגית המוסדית. בעוד ששכפול הפרוטוקול, אם שיטת ההשבתה או הסינון הסטרילית המאומתת אינה אפשרית, יש לבצע את ההליכים הבאים במעבדה עם הכלה גבוהה.
1. הכנת תרכיז Mtb EV גולמי
הערה: להליכים מפורטים על גידול Mtb והכנת חלבון תסיסה תרבית (CFP), ראה הפניות11,12. מומלץ כי מדיית תרביות החיידקים תהיה נקייה מתוספי גדילה עם רכיבים המכילים EV או חלבוניים, כגון אלבומין דקסטרוז קטלאז (OADC), ודטרגנטים כגון Tween. כמו כן, מומלץ לבדוק את איכות תרבית החיידקים ואת ה-CFP שנקטף כדי להבטיח מוות מוגבל של תאים וליזה13,14.
2. כרומטוגרפיית אי הכללת גודל להעשרת כלי רכב חשמליים מסוג Mtb מ-CFP
הערה: ההליך הבא הוא ספציפי לשימוש ב- 3 מ"ג של 100R Mtb CFP עם עמודת SEC ואספן שברים אוטומטי (AFC, ראה טבלת חומרים). ניתן להתאים אותו לריכוזי התחלה וסוגי עמודות אחרים על ידי ביצוע מפרט היצרן. בנוסף, מומלץ למשתמשים לקרוא ולהבין את המדריך האוטומטי למשתמש של אספן שברים.
3. כימות כלי הרכב החשמליים של Mtb
4. הסמכת רכבים חשמליים מסוג Mtb
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חלבון ניעול תרבית (CFP) מ-Mycobacterium tuberculosis (Mtb) היה מרוכז, כומת, ולאחר מכן הוחלו 3 מ"ג של חומר על עמודת כרומטוגרפיית אי-הכללת גודל (SEC). ריכוזי החלבון והחלקיקים נמנו על ידי BCA ו-NTA, בהתאמה. הטווחים הצפויים להתאוששות חלבונים וחלקיקים בתוספת הערכים המדויקים שהתקבלו עבור תוצאות אלה מדווחים בטבלה 1. ערכים גבוהים בהרבה מטווחים אלה עשויים להצביע על בעיות זיהום או שלמות עמודה. הערכים נמוכים משמעותית מצביעים על בעיות בשלבי הסינון האולטרה-סינון, ולכן יש להשוות את הזרימה-דרך ל-CFP ההתחלתי ול...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלפוחיות חוץ-תאיות מיקובקטריום שחפת הן מאגרים אנטיגניים מאוד, המציגים אותן כאפיק אטרקטיבי לפיתוח כלי אבחון וחיסונים עתידיים 4,19,20. מבחינה היסטורית, אולטרה-צנטריפוגציה של שיפוע צפיפות שימשה להפרדת כלי רכב חשמליים מסוג Mtb מחומרים מסיסים ומופרשים אחרים8. בעוד שתהליך זה יעיל, הוא גם גוזל זמן רב, מאתגר מבחינה טכנית, ועלול להשפיע על שלמותם של תכשירי הרכב החשמלי המתקבלים ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
ברצוננו להודות על תמיכת המכללה לרפואה וטרינרית ומדעים ביו-רפואיים פרס חווייתי ותוכנית מחקר משותפת של מועצת המחקר של המכללה ל- NKG ומימון על ידי ATCC (פרס # 2016-0550-0002) ל- KMD. אנו רוצים גם להודות לאן סימפסון על תמיכה טכנית ומשאבי BEI, NIAID, NIH עבור הריאגנטים הבאים: שחפת מונוקלונלית נגד מיקובקטריום LpqH (גן Rv3763), IT-54 (מיוצר במבחנה), NR-13792, שחפת מונוקלונלית נגד מיקובקטריום GroES (גן Rv3418c), שיבוט IT-3 (SA-12) (מיוצר במבחנה), NR-49223, ושחפת מונוקלונלית נגד מיקובקטריום LAM, שיבוט CS-35 (מיוצר במבחנה), NR-13811.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 20x MES SDS מאגר ריצה | ThermoFisher Scientific | NP0002 | |
| 96 באר צלחת | קורנינג | 15705-066 | |
| אספן שברים אוטומטי | IZON Science | AFC-V1-USD | |
| BenchMark סולם חלבון מוכתם מראש | Invitrogen | 10748010 | |
| צנטריפוגה ספסל | בקמן קולטר | אלגרה 6R | |
| Centricon Plus - מסנן צנטריפוגלי 70, חיתוך 100 kDa | Millipore Sigma | UFC710008 | מכשיר אולטרה-סינון המשמש בשלב 1.1 |
| מערכת Electroblotting | ThermoFisher Scientific | 09-528-135 | |
| EM Grade Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714-S | |
| Formvar/Carbon 200 mesh Cu Grids | Electron Microscopy Sciences | FCF200H-Cu-TA | |
| עז נגד עכבר IgG H& L (פוספטאז אלקליין), מולקולה שלמה, 1 מ"ל | AbCam | ab6790 | נוגדן משני |
| JEM-1400 מיקרוסקופ אלקטרונים שידור | |||
| Micro BCA ThermoFisher | Scientific | 23235 | |
| קורא מיקרופלייט | BIOTEK | Epoch | |
| חד שבטי אנטי-Mycobacterium tuberculosis GroES (גן Rv3814c) | BEI Resources | NR-49223 | נוגדן |
| ראשוני מונוקלונלי אנטי-Mycobacterium tuberculosis LpqH (Gene Rv3763) | BEI Resources | NR-13792 | נוגדן |
| ראשוני מונוקולונלי אנטי-Mycobacterium tuberculosis LAM, Clone CS-35 | BEI Resources | NR-13811 | נוגדן ראשוני |
| NanoClean 1070 | Fischione Instruments | לניקוי פלזמה של רשת TEM | |
| Nanosight מצויד במשאבת מזרק ומחשב עם תוכנת NanoSight NTA | Malvern Panalytical | NS300 | |
| קרום ניטרוצלולוזה, גליל, 0.2 μ m | BioRad | 1620112 | |
| NuPAGE 4-12% ג'ל חלבון ביס-טריס | ThermoFisher Scientific | NP0323BOX | |
| תמיסת מלח חוצצת פוספט, 1X ללא סידן ומגנזיום | קורנינג | 21-040-CV | |
| ערכת בדיקת חלבון Pierce BCA | ThermoFisher Scientific | 23225 | |
| ספק כוח בסיסי PowerPac | BioRad | 1645050 | |
| qEV מקורי 35 ננומטר 5/pk | IZON Science | SP5-USD | SEC עמודה |
| SDS מאגר דגימה | Boster | AR1112 | מתכון פנימי המשמש בהליך זה, אולם מוצר זה שווה ערך |
| לתא ג'ל SDS-PAGE | ThermoFisher Scientific | EI0001 | |
| Sigmafast BCIP/NBT | Millipore Sigma | B5655 | |
| Silver Stain Plus Kit | BioRad | 1610449 | פרוטוקול פנימי המשמש בהליך זה, אולם ערכה זו מקבילה למדעי |
| מיקרוסקופיית האלקטרונים | Uranyl Acetate | 22400 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.