November 16th, 2016
מוצג פרוטוקול לייצור, טיהור ושימוש בשלפוחיות ממברנה חיצוניות ארוזות אנזימים (OMV) המספק יציבות אנזימים משופרת ליישום ביישומים מגוונים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לטהר ולאפיין שלפוחיות ממברנה חיצונית חיידקיות מלאות באנזימים לשימוש כמו ריאגנטים קטליטיים במבחנה. טכניקת בידוד אנזימים זו מאפשרת לקצור OMV חיידקיים מאמצעי תרבית ולאחר מכן להשתמש בהם לביצוע קטליזה נטולת תאים של תרכובת אורגנו-פוספט. אריזה מכוונת בתוך OMV חיידקים משפרת משמעותית את יציבות האנזים במגוון תנאי תגובה ואחסון, בניגוד לטכניקות מסורתיות שלעתים קרובות גורמות לאובדן הדרגתי ומתמשך של פעילות האנזים.
ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על אריזת חלבונים עם רלוונטיות בתחומים מרובים, כגון פיתוח טיפולים, תיקון או פיתוח מערכות קטליטיות נטולות תאים. בעוד שפרוטוקול זה מפרט טיהור של OMV מ-E.coli, הטכניקות עם שינוי באסטרטגיית האריזה יכולות לשמש בקלות לטיהור OMV ממגוון תרביות תאים מיקרוביאליות. לאחר יצירת שלפוחיות ממברנה חיצונית או OMVs בחיידקים על פי פרוטוקול הטקסט, צנטריפוגה את מדיום תרבית החיידקים השלם ב-7,000 פעמים G וארבע מעלות צלזיוס למשך 15 דקות.
הסר ושמור את ה-supernatant, תוך הקפדה לא להפריע לכדור התא. לאחר מכן, הכניסו את הסופרנטנט לסיבוב שני כדי להבטיח שכל החיידקים יוסרו מהמדיום. כדי להסיר אגרגטים של חלבון וחומר סלולרי גדול ממדיום התרבות השמור, משוך את התמיסה למזרק סטרילי של 10 עד 50 מיליליטר.
חבר פילטר 0.45 מיקרון כדי לפתות את קצה המזרק. לאחר מכן לחץ על הבוכנה ואסוף את הזרימה בצינור חדש. לחלופין, יש לסנן בוואקום את מדיום התרבות על ידי העברתו למנגנון סינון סטרילי.
חבר את היחידה למשאבת ואקום או לשואב כיור כדי ליצור יניקה. העבירו את המדיום המסונן לכלי חדש. כדי לבודד את ה-OMVs, העבירו את מדיום התרבות המסונן לצינורות אולטרה-צנטריפוגה.
סובב את המדיום בערך פי 150, 000 פעמים G וארבע מעלות צלזיוס למשך שלוש שעות באמצעות רוטור המתאים לצינורות המשמשים. מיד לאחר אולטרה-צנטריפוגה כדי למנוע אובדן מסת גלולה, שפכו את מדיום התרבית המדולדל ב-OMV מכדור ה-OMV החום מעט שעשוי להיראות או לא נראה בעין. ניתן להיצמד לכדור ה-OMV שנוצר לאחר אולטרה-צנטריפוגה רק באופן רופף לשלפוחית הצנטריפוגה.
יש לנקוט בזהירות בעת הסילוק כדי להבטיח שהגלולה לא תיעקר ותלך לאיבוד. שמור את הסופרנטנט לפיזור אור דינמי מאוחר יותר כדי לוודא שחלקיקי ה-OMV התרוקנו לחלוטין מהתווך. הוסף 0.5 למיליליטר אחד של PBS, PH 7.4 או מאגר מסונן אחר כפי שנקבע על ידי צרכים או תנאים ניסיוניים, לגלולה ואפשר לה לדגור בטמפרטורת החדר למשך 30 דקות.
לאחר מכן פיפטה בזהירות את תמיסת ה-OMV המטוהרת תוך ערבוב עדין כדי להבטיח שהגלולה כולה מסיסה. כדי לקבוע את התפלגות גודל ה-OMV, פתח את תוכנת מעקב הננו-חלקיקים DLS עבור המכשיר שבו נעשה שימוש. הפעל את המיקרוסקופ ונקה את כל המשטחים במיקרוסקופ וביחידת המעקב אחר ננו-חלקיקים.
באמצעות מזרק סטרילי של מיליליטר אחד, הוסף כ-0.5 מיליליטר של דגימת OMV ישירות לחלון הצפייה של מכשיר מעקב החלקיקים דרך האביזר התחתון, תוך הקפדה לכסות את כל חלון הצפייה מבלי להזריק בועות אוויר למערכת. הנח את יחידת המעקב אחר ננו-חלקיקים על המיקרוסקופ stage והפעל את הלייזר. לאחר מכן לחץ על לכידה בתוכנה.
התאם את המיקוד והבמה של המיקרוסקופ כדי לדמיין את החלקיקים במסך התצוגה המקדימה הקיים בחלון התוכנה. כוונן את תריס המצלמה ואת רווח המצלמה עד שחלקיקים בהירים יוצגו בבירור על רקע כהה. התאימו את משך הצילום ל-60 שניות, ואחר כך לחצו על 'הקלט'.
כאשר תתבקש, הזן את טמפרטורת מכשיר הדגימה, תייג את הדגימה ושמור את נתוני הווידאו בסיום כל ריצה בתיקיה המיועדת למשתמש. שמור את כל פרמטרי הניתוח במצב זיהוי אוטומטי ולחץ על רצף תהליך. רשום את התפלגות וריכוז גודל החלקיקים כחלקיקים למיליליטר כפי שנקבע על ידי התוכנה.
כדי לקבוע את תכולת חלבון OMV, השתמש ב-SDS-PAGE וב-Western Blots כדי להעריך את ייצור אנזימי טוהר OMV ו-SpyCatcher או SC ל-SpyTag או ST יעילות צולבת. חובה לאשר את הביטוי של אנזימי המטרה וחלבון העוגן. ביטוי של חלבונים רקומביננטיים יכול לעתים קרובות להיות לא מוצלח ממגוון סיבות ויש לאשר ייצור חלבון מוצלח לפני אפיון OMV.
כדי לבצע בדיקת פעילות פוספוטריאסטראז או PTE, הוסף חמישה מיקרוליטר של דילול של 1 עד 1,000 של פראוקסון במאגר CHES לחמישה מיקרוליטרים של OMV מטוהרים ב-90 מיקרוליטר של CHES. בצע קריאות ספיגה ב-405 ננומטר ו-348 ננומטר כל 20 שניות למשך כשעתיים של זמן תגובה כולל כדי לעקוב אחר התקדמות תוצר הפירוק הפראוקסוני הכרומוגני p-nitrophenol. לבסוף, בצע ניתוח נתונים על פי פרוטוקול הטקסט.
מוצגות כאן דוגמאות למורפולוגיה של OMV מטוהרים מ-E.coli דרך SEM. גודלם של OMV נע בין 50 ל-250 ננומטר כפי שנקבע באמצעות מכשור מעקב אחר חלקיקים. בגרף זה מוצג ריכוז ה-OMV המוחלט.
כאשר N terminal OMP-A-ST עבר טרנספורמציה משותפת עם PTE-SC בנוכחות ארבינוז ו-IPTG, נצפתה עלייה משמעותית בייצור OMV בהשוואה לדגימות הביקורת. ה-SDS-PAGE והכתמים המערביים הנראים כאן מאפיינים עוד יותר את תכולת חלבון ה-OMV וביטוי החלבון הרקומביננטי עבור OMP-A-ST, OMP-A, PTE-SC ו-OMP-A-ST-PTE-SC. באיור זה, רמות ביטוי PTE כוללות ויעילות אריזת OMV בכדורי התא, כדורי UC supernatant וכדורי UC OMV מטוהרים נקבעו על ידי מדידות מהירות ראשוניות באמצעות paraoxon כמצע כרומוגני.
כאן, Triton X-100 שימש לאימות טרנסלוקציה של paraoxon על פני שכבות OMV דו-שכבתיות שלמות. היה הבדל קטן בפעילות עם או בלי חומר ניקוי, מה שמצביע על כך שפארוקסון עובר בחופשיות דרך נקבוביות אנדוגניות ב-OMV. לבסוף, כפי שניתן לראות בניסוי זה, נתונים קינטיים של PTE-SC מתאימים למשוואה קינטית סטנדרטית של אנזים מיכאליס-מנטן עבור N טרמינל OMP-A-ST שעבר טרנספורמציה משותפת עם PTE-SC בנוכחות ארבינוז ו-IPTG ו-PTE-SC בנוכחות הפעלת ארבינוז.
לאחר שכל המבנים הגנטיים נוצרו ואושרו, ניתן לבצע את אריזת האנזים וטיהור ה-OMV במשך תקופה של יומיים. יש צורך ביום שלישי כדי לאשר ולאפיין OMV בכל פעם שמפותח מבנה חדש. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לוודא את דירוגי הבטיחות של כל החומרים וציוד הצנטריפוגה.
בנוסף, חשוב לוודא את הצלחת כל שלב לפני שממשיכים לשלב הבא. ניתן להשלים את שלבי האפיון המתוארים כאן עם אחרים כדי לאשר את אריזת האנזים ומורפולוגיה של OMV. ריכוז החלבון, תכולת השומנים, ריכוז ה-LPS ומאפיינים רבים אחרים יכולים להשתנות עם מטענים ותנאי אדוקציה שונים ועשויים להשפיע על יישומים במורד הזרם.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לטהר ולאפיין OMV מלאי אנזימים וכן לבצע בדיקות מקדימות כדי להעריך את פעילות מטען האנזים. אל תשכח שעבודה עם חיידקים וריאגנטים כימיים עלולה להיות מסוכנת ביותר ויש להשתמש תמיד באמצעי זהירות כגון טכניקה אספטית נכונה וציוד מגן אישי בעת ביצוע הליך זה.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
פרוטוקול זה מתאר את ייצור, הטיהור והיישום של שלפוחיות ממברנה חיצונית מלאות אנזים (OMVs) שמקורן בחיידקים. שלפוחיות OMVs אלו משפרות את יציבות האנזים, מה שהופך אותן למתאימות ליישומים שונים, כולל קטליזה ללא תאים.
Directed protein packaging into outer membrane vesicles (OMVs) enables stable enzyme delivery for cell-free catalytic systems, addressing instability challenges in recombinant protein production. This approach supports biopharma R&D by improving enzyme shelf-life and activity under variable conditions, reducing attrition in early-stage enzyme therapeutic and diagnostic development. The method provides a scalable, bacteria-derived nanoparticle platform for targeted payload delivery with applications in therapeutic enzyme replacement, bioremediation, and diagnostic reagent stabilization.
The OMV packaging method integrates into the discovery continuum from target validation through lead optimization, enabling stable enzyme production for downstream screening and preclinical evaluation.