S. cerevisiae הם אאוקריוטים חד-תאיים שהם אורגניזם מודל נפוץ במחקר ביולוגי. במהלך עבודתם, חוקרי שמרים מסתמכים על הטכניקה הבסיסית של טרנספורמציה (ספיגת דנ”א זר על ידי התא) כדי לשלוט בביטוי גנים, לגרום למחיקות גנטיות, לבטא חלבונים רקומביננטיים ולתייג מבנים תת-תאיים.
וידאו זה מספק סקירה כללית של איך ומדוע טרנספורמציית שמרים מתבצעת במעבדה. התכונות החשובות של פלסמידים שמרים יוצגו, יחד עם ההליך הנדרש להכנת תאי שמרים לשלב plasmids חדש. המצגת כוללת גם פרוטוקול שלב אחר שלב עבור שיטת ליתיום אצטט של טרנספורמציה שמרים. לבסוף, דוגמאות של היישומים הרבים של טכניקה חיונית זו יסופקו.
שמרים או Saccharomyces cerevisiae, הוא אורגניזם מודל אאוקריוטי פשוט נפוץ המשמש בחקר הגנטיקה וביולוגיה של התא שיכול לתת תובנות על תהליכים תאיים אנושיים. וידאו זה דן טרנספורמציה – ספיגת DNA זר על ידי תא השמרים. זה יציג plasmids שמרים, איך להכין תאי שמרים לשינוי, הליך טרנספורמציה צעד אחר צעד, ויספק כמה יישומים של טכניקה בסיסית זו.
לפני שנדבר על טרנספורמציה של שמרים, בואו נדון תחילה בסוג של דנ”א המשמש בטרנספורמציה: הפלסמיד. פלסמיד הוא דנ”א קטן, מעגלי, כפול גדילים שיכול לאקול את עצמו כך שהוא יכול לעבור בקלות דרך נקבוביות בקרום התא.
Plasmids מכילים אתר שיבוט מרובים או MCS שבו אנדונקולאזים הגבלה, AKA “אנזימי הגבלה”, יכול לחתוך DNA. רסיסי דנ”א של עניין לחתוך עם אותם אנזימים אז ניתן קשירה לתוך MCS. Plasmids מכילים גם מקור של שכפול או ORI המסמן לתא שבו השכפול צריך להתחיל. בנוסף, plasmids יש סמן לבחירה, אשר מאפשר לתאי שמרים המכילים plasmid לגדול בתנאים סביבתיים ספציפיים. שמרים שאינם משלבים בהצלחה את plasmid לא ישרדו במדיה המכילה את הסמן לבחירה. הסמנים הניתנים לבחירה יכולים לקודד גנים המאפשרים עמידות לתרופות או גנים המקודדים אנזימים המאפשרים לזן שמרים לסנתז חומצות אמינו שאחרת הם אינם יכולים לייצר.
וקטורים של מעבורת הם פלסמידים שיכולים לשכפל ביותר ממין מארח אחד. לדוגמה, פלסמיד מ E. Coli יכול לגדול בשמרים. שמרים Plasmids יכול להיות לא שילוב או שילוב, אומר כי plasmid או משלב עם ה- DNA הגנומי או נשאר עצמאי.
ישנם חמישה סוגים כלליים שונים של plasmids או וקטורים המשמשים שמרים. שני המשמשים לרוב בהפיכת שמרים הם פלסמיד אפיזומלי שמרים או YEp ואת פלסמיד centrometic שמרים או YCp . שני סוגים אלה של וקטורים מכילים רצף שכפול אוטונומי או ARS. ARS מכיל את מקור השכפול ומאפשר שכפול חוץ-טרומוזומלי בשמרים.
ישנם מספר הליכים שונים שניתן להשתמש בהם כדי להפוך שמרים הכוללים את שיטת spheroplast, electroporation, ו ליתיום אצטט-תיווך טרנספורמציה. עבור וידאו זה נתמקד בהליך ליתיום אצטט.
בשיטת טרנספורמציה זו טעונים חיובית ליתיום cations לנטרל מטענים על קרום התא ו- DNA plasmid חד גדילי DNA – הוסיף לתערובת הטרנספורמציה – נקשר לקיר התא של השמרים ומשאיר את ה- DNA plasmid זמין לספיגה על ידי תאי השמרים . החשיפה לעלייה פתאומית בטמפרטורה, או הלם חום יוצרת הבדל לחץ בין החלק הפנימי והימצעי של התא ויוצרת נקבוביות ש- DNA plasmid יכול לעבור דרכם. כאשר הטמפרטורה יורדת, קיר תא השמרים יהיה רפורמה והשינוי הושלם.
בואו נתחיל עם הליך צעד אחר צעד של איך להכין שמרים לשינוי. תאי שמרים חייבים להיות מוכנים על ידי בחירת מושבה תחילה מצלחת אגר והגברת המושבה בתמצית שמרים פפטונה דקסטרוז בינוני, מקוצר YPD – מדיום שלם לצמיחת שמרים.
לאחר המושבה הוא הרים מצלחת להציב לתוך מדיום YPD, התרבות היא דגירה לילה ב 30 °C עם עצבנות על שייקר או מנגנון רולר, כמו שאתה רואה כאן. תאי השמרים הם גלולה על ידי צנטריפוגה ואת supernant מוסר. התאים המנוקדים הם resuspened עם חיץ הרצוי או מים סטריליים. תאי שמרים מוכנים מוסמכים אלה ישמשו בהליך הטרנספורמציה.
לאחר שתאי שמרים הוכנו, טרנספורמציה יכולה להתבצע על ידי הכנת תערובת הטרנספורמציה הראשונה.
תערובת ריאגנט זה צריך לכלול: מים מזוקקים סטריליים; פתרון של 50% פוליאתילן גליקול או PEG, 1M ליתיום אצטט, פתרון 10 מ”ג/מ”ל של DNA חד גדילי, DNA plasmid ותאי שמרים מוסמכים. הפרופורציות המדויקות של כל פתרון צריך להיות מחושב לפני תחילת הניסוי על ידי התייעצות פרוטוקול הסטנדרטי של המעבדה שלך עבור טרנספורמציית שמרים.
התערובת היא לאחר מכן דגירה ב 30 °C (30 °F) במשך 30 דקות עם רועד. הפתרון צריך להיות מעורב, לא מערבולת, כדי להבטיח את תאי שמרים לא להתפרק.
התאים מזועזעים בחום על ידי מיקום באמבט מים 42 °C (42 °F) במשך 15 דקות ואחריו קירור על קרח במשך 2 דקות. לאחר מכן, התאים נקצרים על ידי צנטריפוגה.
התאים נפנים מחדש במים מזוקקים כפולים ומצויים על לוחות אגר שיבחרו עבור הטרנספורמטים הרצויים. לוחות טרנספורמציה הם לאחר מכן דגירה ב 30 °C (50 °F) במשך יומיים עד ארבעה ימים עד המושבות טופס.
הליכי טרנספורמציה צריכים תמיד לכלול לוחות בקרה חיוביים ושליליים עד שהם ממוטבים. השליטה החיובית צריכה להיות השעיית תא שמרים עם DNA plasmid על צלחת YPD שאינו מכיל כל סמן לבחירה. זה מראה שהתאים בריאים בעקבות הליך הטרנספורמציה. צלחת הבקרה השלילית צריכה להיות השעיית תא שמרים על צלחת בחירה מתאימה, כגון אחד המכיל אנטיביוטיקה. הלוח לא צריך להיות מושבות ומראה כי אין זיהום.
ישנם מספר עצום של יישומים שונים עבור טרנספורמציה שמרים. יישום אחד של שמרים שעברו טרנספורמציה הוא להשתמש במערכת היברידית שמרים-שתיים כדי לזהות חלבונים אינטראקציה עם חלבון העניין שלך, או חלבון הפיתיון. כאשר פלסמיד מספרייה של שותפים מחייבים מועמדים, או חלבוני טרף, משתנים ויש אינטראקציה, משתחרר גורם שעתוק שיפעיל גן עיתונאי, כגון Beta-galactosidase. גן הכתב יהפוך מושבות שיש להן אינטראקציה כחולה כאשר על לוחות המכילים X-gal – מצע עבור בטא-galadosidase.
מחיקות מרובות ניתן להנדס לתוך שמרים באמצעות טכניקה באמצעות רכיבה על אופניים מיניים. תאים Haploid המכילים כתב לוקוס נמחק משולבים לתוך תא אחד באמצעות מבחר אקראי או רקומבינציה מיוטית. סמנים ניתנים לבחירה משמשים לבחירה עבור שמרים ששילבו בהצלחה את המחיקות. במקרה זה, ציטומטריית הזרימה משמשת לבחירה עבור תאים המבטאים GFP.
שמרים יכולים להשתנות עם חלבונים המסומנים באופן פלואורסצנטי כדי לראות את ההשפעה של מוטציות על אינטראקציות חלבון-חלבון. מאמר וידאו זה השתמש במיקרוסקופיה פלואורסצנטית כדי לחקור את ההשפעות של מוטציות שונות על אינטראקציות חלבון-חלבון חיוני עבור אנדוציטוזיס.
הרגע צפיתם בסרטון של JoVEs על טרנספורמציית שמרים. עכשיו אתה צריך להבין את ההיבטים הבסיסיים של plasmid, איך להכין תאי שמרים לשינוי וכיצד לבצע את הליך הטרנספורמציה. כמו תמיד, תודה שצפית!
Yeast or Saccharomyces cerevisiae, is a widespread simple eukaryotic model organism used in the study of genetics and cell biology that can give insights into human cellular processes. This video discusses transformation – the uptake of foreign DNA by the yeast cell. It will introduce yeast plasmids, how to prepare yeast cells for transformation, a step-by-step transformation procedure, and will provide some applications of this fundamental technique.
Before we talk about the transformation of yeast, let?s first discuss a type of DNA used in transformation: the plasmid. A plasmid is a small, circular, double-stranded DNA that can supercoil so it can easily pass through pores in a cell membrane.
Plasmids contain a multiple cloning site or MCS where restriction endonucleases, AKA “restriction enzymes”, can cut DNA. DNA fragments of interest cut with the same enzymes can then be ligated into the MCS. Plasmids also contain an origin of replication or ORI that signals to the cell where replication should begin. In addition, plasmids have a selectable marker, which allows the yeast cells that contain the plasmid to grow under specific environmental conditions. Yeast that don?t successfully incorporate the plasmid will not survive in media containing the selectable marker. The selectable markers can encode for genes that enable drug-resistance or genes that encode enzymes that enable a yeast strain to synthesize amino acids that they otherwise cannot produce.
Shuttle vectors are plasmids that can replicate in more than one host species. For instance, a plasmid from E. Coli can grow in yeast. Yeast Plasmids can be non-integrating or integrating, mean that the plasmid either combines with the genomic DNA or remains independent.
There are five different general types of plasmids or vectors that are used in yeast. The two that are used most often in the transformation of yeast are the yeast episomal plasmid or YEp and the yeast centrometic plasmid or YCp . Both of these types of vectors contain an autonomous replication sequence or ARS. The ARS contains the origin of replication and allows for extrachromosomal replication in yeast.
There are several different procedures that can be used to transform yeast which include the spheroplast method, electroporation, and lithium acetate-mediated transformation. For this video we will focus on the lithium acetate procedure.
In this transformation method positively-charged lithium cations neutralize charges on the cell membrane and plasmid DNA Single-stranded DNA – added to the transformation mixture – binds to the cell wall of the yeast and leaves the plasmid DNA available for uptake by the yeast cells . The exposure to a sudden increase in temperature, or heat shock creates a pressure difference between the inside and outside of the cell creating pores that plasmid DNA can pass through. When the temperature is decreased, the yeast cell wall will reform and transformation is complete.
Let?s begin with a step-by-step procedure of how to prepare yeast for transformation. Yeast cells must be prepared by first picking a colony from an agar plate and amplifying the colony in yeast extract peptone dextrose medium, abbreviated YPD – a complete medium for yeast growth.
After the colony is picked from a plate and placed into YPD medium, the culture is incubated overnight at 30 ?C with agitation on a shaker or roller apparatus, like you see here. The yeast cells are pelleted by centrifugation and the supernant is removed. The pelleted cells are resuspend with the desired buffer or sterile water. These competent prepared yeast cells will be used in the transformation procedure.
Once yeast cells have been prepared, transformation can be carried out by first preparing the transformation mixture.
This reagent mixture should include: sterile distilled water; a solution of 50% polyethylene glycol or PEG, 1M lithium acetate, 10 mg/ml solution of single-stranded DNA, plasmid DNA and competent yeast cells. The exact proportions of each solution should be calculated before beginning the experiment by consulting your laboratory?s standard protocol for yeast transformation.
The mixture is then incubated at 30 ?C for 30 minutes with shaking. The solution should be mixed, not vortexed, to ensure the yeast cells do not break apart.
The cells are heat-shocked by placement in a 42 ?C water bath for 15 minutes followed by cooling on ice for 2 minutes. The cells are then harvested by centrifugation.
Cells are resuspended in double-distilled water and are plated on agar plates that will select for the desired transformants. Transformation plates are then incubated at 30 ?C for two to four days until colonies form.
Transformation procedures should always include positive and negative control plates until they are optimized. The positive control should be a yeast cell suspension with plasmid DNA on a YPD plate that does not contain any selectable marker. This shows that the cells are healthy following the transformation procedure. The negative control plate should be a yeast cell suspension on an appropriate selection plate, such as one that contains antibiotics. The plate should have no colonies and shows that there is no contamination.
There are a myriad of different applications for yeast transformation. One application of transformed yeast is to use a yeast-two hybrid system to identify proteins that interact with your protein of interest, or the bait protein. When a plasmid from a library of candidate binding partners, or prey proteins, are transformed and there is an interaction, a transcription factor is released that will activate a reporter gene, such as Beta-galactosidase. The reporter gene will turn colonies that have an interaction blue when on plates that contain X-gal ? a substrate for beta-galadosidase.
Multiple deletions can be engineered into yeast through a technique using sexual cycling. Haploid cells that contain a reporter and deleted locus are combined into one cell through random assortment or meiotic recombination. Selectable markers are used to select for yeast that have successfully incorporated the deletions. In this case, flow cytometry is used to select for cells that express GFP.
Yeast can be transformed with proteins that are fluorescently labeled to view the effect of mutations on protein-protein interactions. This video-article used fluorescent microscopy to study the effects of different mutations on protein-protein interactions essential for endocytosis.
You?ve just watched JoVEs video on yeast transformation. You should now understand the basic aspects of a plasmid, how to prepare yeast cells for transformation and how to perform the transformation procedure. As always, thanks for watching!
Related Videos
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
233.1K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
183.4K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
108.4K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
103.6K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
45.4K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
69.9K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
180.8K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
112.8K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
94.0K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
38.5K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
17.9K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
90.0K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
119.9K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
52.9K צפיות
Biology I: yeast, <em>Drosophila</em> and <em>C. elegans</em>
32.4K צפיות