מטרת פרוטוקול זה היא לכמת את ייצור הוויולצאין על ידי Chromobacterium violaceum ATCC 12472 כפרוקסי להערכת עיכוב חישת מניין על ידי תרכובות ביו-אקטיביות.
מאמר שיטה
מטרת פרוטוקול זה היא לכמת את ייצור הוויולצאין על ידי Chromobacterium violaceum ATCC 12472 כפרוקסי להערכת עיכוב חישת מניין על ידי תרכובות ביו-אקטיביות.
חיידקים מתקשרים באמצעות מערכת המכונה חישת מניין (QS), המאפשרת להם לתאם את התנהגותם בתגובה לשינויים בצפיפות התאים. תהליך זה כולל ייצור, הפרשה וזיהוי של מולקולות איתות חוץ-תאיות קטנות, הנקראות בדרך כלל משרים עצמיים (AI). QS מווסת מגוון רחב של גנים ותפקודים, כולל היווצרות ופיזור ביופילם, תנועתיות נחילים, ייצור גורמי אלימות, עמידות לאנטיביוטיקה וביו-לומינסנציה, בין היתר. עיכוב QS הפך לאסטרטגיה אנטי-ויראלית מבטיחה נגד חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה מכיוון שהוא מפעיל לחץ סלקטיבי נמוך יותר בהשוואה לאנטיביוטיקה מסורתית. בחיידק Chromobacterium violaceum ATCC 12472, חלבוני ה-QS CviI/CviR, שהם הומולוגיים לחלבוני QS מסוג LuxI/LuxR של Aliivibrio fisheri, שולטים בגנים רבים, כולל אלה האחראים לייצור הפיגמנט הסגול violacein. C. violaceum נמצא בשימוש נרחב כזן חיישן ביולוגי במחקרי עיכוב QS, במיוחד עיכוב ייצור ויולצאין. לתרכובות רבות יש פוטנציאל לעכב QS על ידי קשירה לחלבוני QS, הומולוג LuxI או LuxR, המשבש את מעגלי ה-QS. פרוטוקול זה מתאר את השיטה לכימות ויולאצין המיוצר על ידי C. violaceum ATCC 12472 ואת עיכובו על ידי תרכובות ביו-אקטיביות בריכוזים שאינם משפיעים על צמיחת חיידקים. הבדיקה המתוארת כאן מדגימה ירידה משמעותית בייצור הסגול על ידי התרכובות שנבדקו. מחקר זה מדגיש את הפוטנציאל לשימוש בפרוטוקול זה כדי לסנן מועמדים מבטיחים במחקר עיכוב QS.
חיידקים יכולים לתקשר באמצעות מערכת המכונה QS, המאפשרת אפנון מתואם של התנהגותם בתגובה לשינויים בצפיפות התאים. תהליך זה כולל ייצור, הפרשה וזיהוי של מולקולות איתות חוץ-תאיות קטנות, הנקראות גם משרות עצמיות, המאפשרות תקשורת הן בין מינים שונים והן בתוך אותו מין 1,2.
תקשורת זו מסוגלת לווסת גנים ותפקודים כגון היווצרות ופיזור ביופילם, תנועתיות והדבקה, התפשטות תאים, סינתזה של אקסואנזימים וסידרופורים, נבגים, עמידות לחומצה, העברת גנים אופקית, עמידות לאנטיביוטיקה, ביולומינסנציה, ייצור אקסופוליסכרידים, בין היתר 3,4,5. בהתחשב ברלוונטיות של פנוטיפים המווסתים על ידי QS, יש עניין רב בפיתוח מערכות המסוגלות להפריע לתקשורת סלולרית זו. העיכוב של איתות QS נקרא גם מרווה מניין (QQ)6. QQ יכול להתרחש בכמה דרכים, כולל מעכבי סינתזה של משרה עצמית, השבתה אנזימטית של אותות אלה ומולקולות בעלות השפעה אנטגוניסטית על מולקולות אלו 4,7.
האיום הגובר של עמידות לאנטיביוטיקה הניע מחקר על טיפולים אלטרנטיביים, כולל מעכבי חישת מניין (QSI), המשבשים את התקשורת החיידקית מבלי להרוג ישירות פתוגנים. תרכובות אלו עשויות להראות השפעות סינרגטיות בשילוב עם אנטיביוטיקה, להגביר את הרגישות לחיידקים ולאפשר מינונים מופחתים של אנטיביוטיקה, שהיא אסטרטגיה חיונית להאטת התפתחות עמידות. לדוגמה, רזברטרול וקנאמיצין יחד מעכבים את צמיחת Aeromonas hydrophila 8, בעוד ש-N-אצטילציסטאין מסונכרנת עם טוברמיצין כדי לשבש את הביופילמים של Pseudomonas aeruginosa 5.
עם שימוש יתר באנטיביוטיקה ופיתוח תרופות עומדות, גישות אנטי-ויראליות כמו עיכוב QS מציעות שינוי פרדיגמה9. במקום להתמקד בכדאיות, הם מכוונים לגורמי אלימות, מה שהופך את החיידקים לפחות מזיקים ופגיעים יותר לחסינות המארח או לאנטיביוטיקה5. אסטרטגיה זו מטילה לחץ סלקטיבי חלש יותר בהשוואה לאנטיביוטיקה מסורתית, ממזערת את העמידות ומשמרת את המיקרוביוטה המועילה10,11. למרות תוצאות מעבדה מבטיחות, אימות בעולם האמיתי באמצעות ניסויים קליניים נותר לא נחקר12. עיכוב QS מהווה השלמה מבטיחה לאנטיביוטיקה, אך תרגומו לתרגול דורש הוכחות נוספות ליעילות ובטיחות בסביבות ביולוגיות מורכבות.
C. violaceum הוא בטא פרוטאובקטריום היוצר מושבות סגולות עם משטח חלק ומבריק. הם בצילים אנאירוביים פקולטטיביים ואינם יוצרים נבגים13. המנגנון של QS ב-C. violaceum כולל לולאת משוב חיובית המבוססת על מערכת הגנים האנלוגית למודל הלוקס של Aliivibrio fisheri, המכיל חלבונים CviI (הומולוגי ל-LuxI) ו-CviR (הומולוגי ל-LuxR; איור 1). Violacein מפגין פעילות ביוצידית כנגד אורגניזמים שונים, כולל פטריות, חיידקים, נמטודות ווירוסים, במיוחד בשלב הגידול הנייח של החיידקים, כאשר צפיפות האוכלוסייה גבוהה במיוחד, וחומרי המזון כמעט מתרוקנים. כתוצאה מכך, ניתן לראות בייצור ויולאצאין אסטרטגיה תחרותית להארכת הישרדותה של המושבה המיקרוביאלית14.
צמחים מייצרים תרכובות שמקורן במטבוליזם משני, הממלאות תפקיד מכריע בהגברת יכולתם להסתגל לסביבות שליליות. מטבוליטים אלה, כגון אלקלואידים, פנולים, פלבנואידים, קינונים, טאנינים, טרפנים ולקטינים מוכרים באופן נרחב כמנגנוני הגנה מפני אוכלי עשב ומיקרואורגניזמים15. הפוטנציאל של תרכובות שמקורן בצמחים כ-QSI משך תשומת לב מיוחדת בשל האינטראקציות הדינמיות בין צמחים למיקרואורגניזמים. מחקרים על אינטראקציות בין צמח לפתוגן בריזוספרה הראו שצמחים יכולים להגיב לגורמים עצמיים של חיידקים על ידי הפרשת תרכובות ביו-אקטיביות המסוגלות לפעול כמעכבים נגד פתוגנים16.
במחקר זה, אנו מתארים שיטה מעשית שמטרתה לכמת ייצור ויולאצאין על ידי C. violaceum, תוך התמקדות בעיכובו על ידי תרכובות ביו-אקטיביות. שיטה זו משמשת ככלי סינון ראשוני לבחירת תרכובות בעלות פעילות QSI פוטנציאלית. הוא מספק גישה מהירה ומעשית לפיתוח טיפולי עתידי נגד חיידקים פתוגניים גראם-שליליים. פרוטוקול סטנדרטי זה יהיה שימושי מכיוון שהוא מספק תיאור מפורט שלא נעשה במחקרים קודמים ויקל על השוואה בין מחקרים שונים בעתיד 17,18,19.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת תרבית (איור 2)
2. הכנת תרכובת
3. דילול סדרתי20 והכנת צלחת (איור 3)
הערה: דילול סדרתי משמש להערכה מהירה של מגוון ריכוזים של תרכובת שנבדקה. בתהליך זה, התרכובת מדוללת ברציפות ביחס קבוע, במקרה זה 1:2. כל דילול מפחית את ריכוז התרכובת בחצי בהשוואה לריכוז הקודם, וכתוצאה מכך טווח של ירידה בריכוזים20.
4. דגירה ומיצוי של ויולאצין
5. כימות ייצור ויולצאין
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לתוצאות המוצגות כאן השתמשו בשלוש תרכובות ביו-אקטיביות שנחקרו בעבר על-ידיקבוצת המחקר 8 שלנו, רסברטרול, פרנזול ולינאלול. כל תרכובת נבדקה על יכולתה לעכב את ייצור הוויולצאין ב-C. violaceum ATCC 12472, פנוטיפ המווסת על ידי מערכת QS על אופרון vioABCDE 23.
התוצאות מאמתות את יעילות הפרוטוקול שלנו בכימות ייצור ויולאצאין ועיכובו על ידי תרכובות ביו-אקטיביות ב- C. violaceum ATCC 12472. הירידה המשמעותית ברמות הסגול על-ידי פרנזול, לי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
השיטה הראשונה למיצוי ואפיון ויולאצאין מ-C. violaceum הופיעה בשנות ה-90, והתמקדה בזיהוי מקורות פחמן מתאימים לסינתזה של פיגמנטים. בתהליך זה, ויולאצין - יחד עם התאים ומדיום התרבית - יובש, הושעה מחדש באתנול, ולאחר מכן הופרד על ידי מיצוי סופרנטנט. הוויולצאין, המומס כעת באתנול, יובש לאחר מכן שוב, והניב צורה טהורה ויבשה של הפיגמנט27. ב-1998 שונה הפרוטוקול28. בעוד שאתנול עדיין שימש להמסת ויולצאין, השיטה המעודכנת הציגה שלבי סינון, מיצוי סוק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
ברצוננו להודות למועצה הלאומית לפיתוח מדעי (CNPQ) באמצעות מענקים #403661/2023-4 ו-#444794/2024-7 ומלגה #306685/2022-1, ולקרן המחקר של סאו פאולו (FAPESP) על המענקים #2024/05158-6 ו-2023/17090-4 והתמיכה הכספית למרכז לחקר המזון (FoRC) #2013/07914-8.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| DMSO | סינתיסייזר | ||
| פרנזול | סיגמא-אולדריץ' | F203 | 95% |
| לינלול | סיגמא-אולדריץ' | L2602 | 97% |
| לוריא-ברטאני בינוני | דיפקו | 244620 | |
| סרט דבק אופטי | תרמו פישר | 4311971 | מיקרו אמפר |
| רזברטרול | סיגמא-אולדריץ' | ₪1000 | ≥ 99% (HPLC) |
| קורא רב-מצבי Synergy HTX | ביוטק | ||
| צלחות תרבית רקמות 96 היטב | Kasvi | K12-096 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה