Name: קוונפיקציה של פלמיד בתיווך עמידות לאנטיביוטיקה בגישת אבולוציה ניסויית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-12-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 32 s
Description: למדו לכמת פלסמידים בתיווך עמידות לאנטיביוטיקה באבולוציה ניסויית של E. coli. שיטת שכפול על פלטות סלקטיביות מאפשרת מעקב אחר תדירות הפלסמיד לאורך זמן ומספקת תובנות לגבי דינמיקת העמידות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו מודים לגור Margaryan על תמיכה יצירתית וסיוע טכני. עבודה זו נתמכת על ידי המדען הצעיר ZMB גרנט 2017/2018 (הוענק TW) ו DFG מיקוד תוכנית 1819 (גרנט לא. DA1202/2-1 הוענק ל TD).

1. בניית פלאמיד דגם הנושא גן עמידות לאנטיביוטיקה
הערה: הנבג מהווה את האורגניזם הMG1655 של ה-K-12 שימש כיצור מודל בכל הניסויים (DSM No. 18039, אוסף גרמני של מיקרואורגניזמים ותרביות תאים, DSMZ). המתח E. coli DH5α17 שימש במהלך בנייה פלביניים.
<ol><li>ה-PCR מגבירים את עמוד השדרה הפלמאני על פי בחירתך ומגבירים את גן ההתנגדות כולל אזור המקדם של ה-PCR (איור 1).<ol>
<li>PCR הגבר את עמוד השדרה הפלטמאני באמצעות פולימראז איכותי והאוגמונואודים pBBR1_for (5 '-GCGGCCACCTGGCT-3 ') וpBBR1_rev (5 '-TACCGGCGCGGCAGCGTGACCC-3 ') על התבנית היחידה לpLC (GenBank acc. לא. MH238456)18.</li>
		<li>PCR הגבר את גן ההתנגדות Nptii כולל את Tn5 יזם המקורי19 באמצעות פולימראז באיכות גבוהה ו-olig, מNPTII_GIB_FOR (5 '-GCGCCGGTAGATCTGCTCATGTTTGAAGCTTCACGCTGCCGCA-3 ') ו-nptII_gib_rev (5 '-CGGTGGCCGCCAAAAAGGCCATCCGTCAGGTCAGAAGAACTCGT-3 '). הגן Nptii מקודד neomycin פוספוליאז ומעביר התנגדות לקאנאמיצין. הערה: לעצב את התחל של גן ההתנגדות עם כ 20 bp של רצף משלים לעמוד השדרה הפלמאני שהוא יהיה מחובר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>נקה את שני שברי ה-PCR באמצעות ערכה לפי בחירתך.</li>
	<li>הצטרפות מוצר התנגדות לאנטיביוטיקה מטוהרים המוצר (כולל אזור המקדם שלה) לעמוד השדרה הטהור פלמיד ונתיך האזורים הומולוגיים באמצעות איזותרמי הרכבה20, ב 50 ° c עבור 60 min.</li>
	<li>אלקטרופורף את המוצר התמזגו לתוך המתח E. coli DH5α.<ol>
<li>הצג 2 μL של המוצר משלב 1.3 לתוך 40 μL של תאים אלקטרומוסמכים ב-2 מ"מ כימיקלים ב 4 ° c ו 2.5 kV. השהה את התאים מחדש ב-1 מ ל של מדיום (LB).</li>
		<li>העבר את אמצעי האחסון הכולל לצינור microfuge ו-דגירה 1 h ב 37 ° צ' לרעוד ב 250 rpm ב שייקר מסלולית כדי לאפשר את הביטוי של סמן ההתנגדות על הפלביניים.</li>
		<li>צלחת 100 μL של התאים בלוחות LB אגר המכיל את האנטיביוטיקה המתאימה (kanamycin ' 25 μg/mL) כדי לבחור את הגן עמידות לאנטיביוטיקה ובכך לבחור עבור התאים הנושאת פלבאמצע. ספין למטה את השאר, להסיר את supernatant, להשעות מחדש את התאים ב100 μL ליברות ולוחית על צלחת אגר בררני. מודאת לוחיות הרישוי ב-37 ° c עבור 24 שעות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>כדי לאמת שיבוטים, לחלץ את הפלמידים שנבנו באמצעות הליזה אלקליין באמצעות ערכת מיני מסחרי הכנה.<ol>
<li>קציר 5 מ ל של תרבות לילה נייח על ידי תפרידו ב 12,000 x g בטמפרטורת החדר. השהה מחדש את התאים בפתרון מחדש, לאחר מכן lyse ונטרל את פתרון התא. צנטריפוגה עבור 5 דקות ב 12,000 x g.</li>
		<li>העבר את supernatant אל העמודה איגוד ה-DNA המסופק בערכה ולשטוף את העמודה פעמיים עם 500 μL תפרידו פתרון כביסה 2x לפני משחרר את קרום הטור עם מאגר משחררי.</li>
		<li>בצעו רצף של הפלסמאמצע כדי לוודא שהרצף נכון.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ברגע שתוקף הפלסמה מאומת, אלקטרופורף את הפלמיד (עכשיו pCON) לתוך המתח E. coli MG1655 כפי שמתואר לעיל. זה התשואות מאמץ E. coli MG1655 pcon.</li>
</ol>2. ניטור הפלשבאמצע הנושא חיידקים בתנאים שונים לאורך זמן
הערה: הניסוי באבולוציה מתנהל עם זנים בעלי בעיות בתנאים לא סלקטיבית (LB media) בשני טמפרטורות (37 ° c ו-20 ° c) ושלושה גדלים של בקבוק צוואר. העיצוב הניסיוני משמש ללימוד התמדה בפלסמיד בתנאים שונים.
<ol><li>תכנון של ניסוי האבולוציה כדי לעקוב אחר תדירות הפלביניים לאורך זמן (איור 2)<ol>
<li>צלחת בנוי פלפריאמצע הנושא את המתח (E. coli MG1655 pcon) על LB אגר צלחות שיושלם עם אנטיביוטיקה (kanamycin ' 25 μg/mL) ו-דגירה לילה ב 37 ° c.</li>
		<li>להכין 96 לוחות עמוקים עם 1 מ ל של LB בינונית בכל טוב. כמו האבות החיידקיים, לבחור שמונה מושבות מבודדים אקראית מלוחית אגר בבארות עצמאיות. מודקת את הצלחות ב 37 ° צ' ו 450 rpm על צלחת שייקר עבור 24 h. הכינו מלאי של גליצרול קפוא של שיבוטים אב קדמון.</li>
		<li>היום למחרת העבירו את שמונת האוכלוסיות ללוחות היטב החדשים בהתאם לתכנון הניסיוני (איור 2). התרבויות הם מדולל 1:100 (צוואר גדול, L), 1:1000 (צוואר בינוני, M), או 1:10000 (צוואר בקבוק קטן, S) בנפח כולל של 1 mL LB באמצעות PBS עבור דילול. התרבויות מדולל מודולות ב 37 ° c ו 20 ° c. הערה: חשוב מאוד לשלוט בזיהום הצולב בצלחת 96-הבאר העמוקה. כך, השתמש בלוח לוח שחמט על-ידי בארות מחוסן מפני העור עם חיידקים מדיום ליברות חינם. השתמש בדפוס הזה. דרך כל ניסוי האבולוציה</li>
		<li>התרבויות ב-37 ° c מועברות מדי 12 שעות בעוד שתרבויות ב -20 ° c מועברות כל 24 שעות. הערה: במהלך כל אירוע העברה מוחל הטיפול בגודל צוואר הבקבוק וההעברה הטורית חוזרת על סך של 98 העברות. מספר ההעברות יהיה תלוי בעיצוב הניסיוני של הקוראים.</li>
		<li>להכין מלאי של גליצרול קפוא של כל האוכלוסיות באופן קבוע, 2x בשבוע.</li>
	</ol></li>
	<li>ניטור תדר פלביניים על ידי ציפוי עותק משוכפל (איור 3) הערה: במהלך ניסוי האבולוציה, תדירות הצפיפות של התאים באוכלוסייה באוכלוסיה מוערכת מיחס המארחים. פרוטוקול ציפוי העותקים המשוכפלים מוצג באיור 3.<ol>
<li>כדי לקבוע את תדר הפלביניים באוכלוסייה במהלך ניסוי האבולוציה, תרבויות נייחים מדולל באופן סדרתי ומצופה על צלחות LB אגר ליברות. התאימו את הדילול בהתאם לתשואה של 250-500 מושבות לכל צלחת. הערה: להכין צלחות ליברות אגר עבה לפני ציפוי (~ 30 מ ל אגר).</li>
		<li>האוכלוסיות הציפוי מודשות לצמיחת לילה בהתאם לטמפרטורת הצמיחה שלהם בניסוי. הערה: המושבות צריכות להיות קטנות, ובכך להדגירה < 24 שעות ב 37 ° c.</li>
		<li>לאחר הצמיחה לילה, לספור את כל המושבות באמצעות מספר ידני או אוטומטי המושבה התחנה ולחשב את גודל האוכלוסיה החיידקית הכולל בתרבויות. הערה: המושבות בקצה של הצלחת אגר לא צריך להיכלל בספירת התאים החיידקיים הכולל.</li>
		<li>לעקר חתיכות מרובעות (~ 20 x 20 ס מ) של קטיפה כותנה על ידי אוטוקלינג. הערה: בד הקטיפה צריך להיות 100% כותנה כדי להיות אוטומטית. חשוב לייבש את הבד לאחר עיקור.</li>
		<li>לאחר עיקור של הבד הקטיפתי, הניחו את הבד על בלוק עגול ותקנו אותו בטבעת מתכת. חשוב להימנע מקמטים. מניחים בזהירות את הצלחת עם המושבות מבוגרים (אגר פונה למטה) על משטח בד קטיפה קבוע. ודא שכל המושבות נוגעות במשטח הקטיפה על-ידי הקשה בזהירות על צלחת פטרי באופן מעגלי.</li>
		<li>הסר בזהירות את הצלחת ליברות אגר ומקום צלחת סלקטיבית שיושלם עם אנטיביוטיקה (kanamycin ' 25 μg/mL) על הבד קטיפה. ודא כי הצלחת נוגעת בכל הקטיפה על ידי הקשה בקפידה על צלחת פטרי כפי שמתואר לפני. . לאחר מכן, הסר את הצלחת השאירו את הצלחות בטמפרטורת החדר לצמיחת הלילה.</li>
		<li>למחרת, הערכה הן את לוחית ליברות אגר ואת הצלחת סלקטיבי. המושבות לצמוח על התקשורת סלקטיבי נספרים כמו פלמיד המארחים (כלומר, עמידות לאנטיביוטיקה), בעוד כתמים ללא מושבה הם מושבות כי היו בחינם ולכן הם לא עמידים לאנטיביוטיקה (כלומר, איבד את הפלמיד). הדבר נעשה על-ידי הצבת הלוחות זה על זה והשוואת הצמיחה (כלומר, לסמן מושבות חסרות) ולספור את מספר המושבה על שתי הצלחות. זה מניב את מספר התאים שאיבדו את הפלסמיד במהלך ניסוי האבולוציה.</li>
		<li>חזור על הליך זה לאורך כל ניסוי האבולוציה באופן קבוע (לדוגמה, כל 14 העברות).</li>
	</ol></li>
</ol>3. ויזואליזציה של פלסמיד באמצעות אלקטרופורזה ג'ל
הערה: הוצאת פלמידים מפלסטיק נמוך מובילה לעתים קרובות לזיהום באמצעות דנ א כרומוזום מארח שצריך להיות מתעכל לפני ההדמיה.
<ol><li>לחלץ את ה-DNA מתוך 5 mL הנייח לילה התרבות התא באמצעות הליזה אלקליין כמתואר בשלב 1.5.</li>
	<li>לאחר מכן, לטפל ב-DNA המחולצים עם DNase ATP תלוי כי רק חותך דנ א כרומוזומלית להסיר זיהום DNA כרומוזומלית (ראה טבלת חומרים). מודקון ב 37 ° c עבור 30 דקות. לאחר מכן, נקה את ה-DNA באמצעות ערכת לפי בחירתך.</li>
	<li>כדי ליצור מולקולות מעגל פתוח של כל הקונמציות פלביניים (monomers או מומים), דגירה דגימות ה-DNA הפלמיד עם אנזים חותך (Nb. BsrDI) ו דגירה עבור 30 דקות ב 65 ° c.</li>
	<li>במקביל, כדי ליצור המולקולות פלביניים ליניארי (כלומר, עבור השוואת גודל פלמיד), להשתמש באנזים הגבלה של הבחירה שלך (למשל, hindiii) כי דבק את הפלמיד פעם. הערה: התוצאה היא מונמרים DNA ליניארי. מולקולות מעגל פתוח אינן מנודדות באופן ליניארי.</li>
	<li>כדי להמחיש את גודל הפלסטלינה והיווצרות, אלקטרופורזה את בדיקות DNA ליניארי וליניארית עבור 120 דקות ב 4.3 V/cm ב 1% (w/V) agarose ג'ל ו 1 × טאה מאגר. הדגימות מוכתמות בעזרת מידורי גרין והג'ל מדמיין במערכת הדמיה של ג'ל (ראה טבלת חומרים). . השתמש בסולם של 1-bp</li>
</ol>

<ol><li>San Millan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+plasmid-mediated+antibiotic+resistance+in+the+clinical+context%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Evolution of plasmid-mediated antibiotic resistance in the clinical context.</a> Trends in Microbiology. 26 (12), 978-985 (2018).</li>
<li>Bruto, M., James, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vibrio+crassostreae%2C+a+benign+oyster+colonizer+turned+into+a+pathogen+after+plasmid+acquisition%5BTitle%5D)+AND+%22The+ISME+Journal%22%5BJournal%5D)">Vibrio crassostreae, a benign oyster colonizer turned into a pathogen after plasmid acquisition.</a> The ISME Journal. 11 (4), 1043-1052 (2017).</li>
<li>von Wintersdorff, C. J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissemination+of+antimicrobial+resistance+in+microbial+ecosystems+through+horizontal+gene+transfer%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Dissemination of antimicrobial resistance in microbial ecosystems through horizontal gene transfer.</a> Frontiers in Microbiology. 7 (110), 305-310 (2016).</li>
<li>Lenski, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+evolution+and+the+dynamics+of+adaptation+and+genome+evolution+in+microbial+populations%5BTitle%5D)+AND+%22ISME+Journal%22%5BJournal%5D)">Experimental evolution and the dynamics of adaptation and genome evolution in microbial populations.</a> ISME Journal. 11 (10), 2181-2194 (2017).</li>
<li>De Gelder, L., Williams, J. J., Ponciano, J. E. M., Sota, M., Top, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+plasmid+evolution+results+in+host-range+expansion+of+a+broad-host-range+plasmid%5BTitle%5D)+AND+%22Genetics%22%5BJournal%5D)">Adaptive plasmid evolution results in host-range expansion of a broad-host-range plasmid.</a> Genetics. 178 (4), 2179-2190 (2008).</li>
<li>Harrison, E., Guymer, D., Spiers, A. J., Paterson, S., Brockhurst, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+compensatory+evolution+stabilizes+plasmids+across+the+parasitism-mutualism+continuum%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Parallel compensatory evolution stabilizes plasmids across the parasitism-mutualism continuum.</a> Current Biology. 25 (15), 2034-2039 (2015).</li>
<li>Bouma, J. E., Lenski, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+a+bacteria%2Fplasmid+association%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Evolution of a bacteria/plasmid association.</a> Nature. 335 (6188), 351-352 (1988).</li>
<li>Wein, T., Hülter, N. F., Mizrahi, I., Dagan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergence+of+plasmid+stability+under+nonselective+conditions+maintains+antibiotic+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Emergence of plasmid stability under nonselective conditions maintains antibiotic resistance.</a> Nature Communications. 10 (1), 2595(2019).</li>
<li>Loftie-Eaton, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compensatory+mutations+improve+general+permissiveness+to+antibiotic+resistance+plasmids%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Ecology+%26+Evolution%22%5BJournal%5D)">Compensatory mutations improve general permissiveness to antibiotic resistance plasmids.</a> Nature Ecology & Evolution. 1 (9), 1354-1363 (2017).</li>
<li>Millan, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positive+selection+and+compensatory+adaptation+interact+to+stabilize+non-transmissible+plasmids%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Positive selection and compensatory adaptation interact to stabilize non-transmissible plasmids.</a> Nature Communications. 5 (1), 1-11 (2014).</li>
<li>Loftie-Eaton, W., Tucker, A., Norton, A., Top, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+cytometry+and+real-time+quantitative+PCR+as+tools+for+assessing+plasmid+persistence%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Flow cytometry and real-time quantitative PCR as tools for assessing plasmid persistence.</a> Applied and Environmental Microbiology. 80 (17), 5439-5446 (2014).</li>
<li>Münch, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polar+fixation+of+plasmids+during+recombinant+protein+production+in+Bacillus+megaterium+results+in+population+heterogeneity%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Polar fixation of plasmids during recombinant protein production in Bacillus megaterium results in population heterogeneity.</a> Applied and Environmental Microbiology. 81 (17), 5976-5986 (2015).</li>
<li>Jahn, M., Vorpahl, C., Hübschmann, T., Harms, H., Müller, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Copy+number+variability+of+expression+plasmids+determined+by+cell+sorting+and+Droplet+Digital+PCR%5BTitle%5D)+AND+%22Microbial+Cell+Factories%22%5BJournal%5D)">Copy number variability of expression plasmids determined by cell sorting and Droplet Digital PCR.</a> Microbial Cell Factories. 15 (1), 211(2016).</li>
<li>Lederberg, J., Lederberg, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Replica+plating+and+indirect+selection+of+bacterial+mutants%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bacteriology%22%5BJournal%5D)">Replica plating and indirect selection of bacterial mutants.</a> Journal of Bacteriology. 63, 399-406 (1952).</li>
<li>Summers, D. K., Sherratt, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimerization+of+high+copy+number+plasmids+causes+instability%3A+ColE1+encodes+a+determinant+essential+for+plasmid+monomerization+and+stability%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Multimerization of high copy number plasmids causes instability: ColE1 encodes a determinant essential for plasmid monomerization and stability.</a> Cell. 36 (4), 1097-1103 (1984).</li>
<li>Summers, D. K., Beton, C. W., Withers, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multicopy+plasmid+instability%3A+the+dimer+catastrophe+hypothesis%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Multicopy plasmid instability: the dimer catastrophe hypothesis.</a> Molecular Microbiology. 8 (6), 1031-1038 (1993).</li>
<li>Hanahan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+on+transformation+of+Escherichia+coli+with+plasmids%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Studies on transformation of Escherichia coli with plasmids.</a> Journal of Molecular Biology. 166 (4), 557-580 (1983).</li>
<li>Ilhan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Segregational+drift+and+the+interplay+between+plasmid+copy+number+and+evolvability%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Biology+and+Evolution%22%5BJournal%5D)">Segregational drift and the interplay between plasmid copy number and evolvability.</a> Molecular Biology and Evolution. 36 (3), 472-486 (2019).</li>
<li>Beck, E., Ludwig, G., Auerswald, E. A., Reiss, B., Schaller, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleotide+sequence+and+exact+localization+of+the+neomycin+phosphotransferase+gene+from+transposon+Tn5%5BTitle%5D)+AND+%22Gene%22%5BJournal%5D)">Nucleotide sequence and exact localization of the neomycin phosphotransferase gene from transposon Tn5.</a> Gene. 19 (3), 327-336 (1982).</li>
<li>Gibson, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzymatic+assembly+of+DNA+molecules+up+to+several+hundred+kilobases%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases.</a> Nature Methods. 6 (5), 343-345 (2009).</li>
</ol>

. למחברים אין מה לגלות

בפרוטוקול זה, אנו מציגים גישה המשלבת טכניקות בביולוגיה מולקולרית, האבולוציה ניסיוני, ו-DNA הדמיה כדי לחקור את התפקיד של האבולוציה פלביניים להתמדה של עמידות לאנטיביוטיקה בחיידקים. למרות שהגישה המוצגת משלבת שיטות מתחומי מחקר שונים, כל הטכניקות המוחלות הן ברורות וניתן לבצעו במעבדת מיקרוביולוגיה סטנדרטית.
השלבים הקריטיים ביותר בפרוטוקול כוללים את הבנייה של זן מערכת המודל הכולל את האימות הגנטי של הגנוטיפ נושאת הפלבאמצע. בעיקר, פלמידים רבים לקודד באופן טבעי גנים עמידות לאנטיביוטיקה. לפיכך, הקורא עשוי להשמיט את שלב 1 של הפרוטוקול ולהמשיך באופן ישיר עם שלב 2. לאחר מכן, ניסויים האבולוציה צריך לכלול עיצוב אקראי של שכפול אוכלוסיות כך התוצאות אינן מוטה על ידי מיקום של אוכלוסיות שכפול בצלחת עמוק. בנוסף, חשוב במיוחד לנהל בזהירות את ההעברה הטורית ושלבי הדילול בניסוי האבולוציה כאשר הזיהום מזייף את התוצאות. לבסוף, ציפוי עותק משוכפל צריך להתבצע בזהירות רבה. גודל המושבה הגדולה עשויה להיות בעיה, אך ניתן להימנע מהדגירה של הצלחות במשך פחות מ -24 שעות. באופן דומה, מספר המושבות על צלחת אחת עשוי להטיה תוצאות ציפוי משוכפל. לכן, אוכלוסיות צריך להיות מדולל לפני ציפוי ושכפול.
אחד היתרונות הגדולים ביותר של הגישה שלנו הוא שניתן לשכפל בקלות ללא צורך בציוד כבד. בנוסף, יתרון נוסף של ציפוי משוכפל לעקוב אחר גנים סמן הוא רק תאים חיים מוערכים, בניגוד לזרום cy, או qPCR שבו תאים מתים ניתן להעריך כמו בחיים. כך, ציפוי עותק משוכפל מציג פחות הטיה לספירה של תאים הנושאת פלבאמצע. עם זאת, מגבלה אחת של ציפוי העתק עשוי להיות גודל האוכלוסייה (כלומר, מספר התא), כי ניתן להעריך בהפעלה אחת ניסיוני.
באמצעות הגישה שלנו, לאחרונה הראינו כי האבולוציה יציבות פלמיד הפוטנציאל ההתמדה של הגנים עמידות לאנטיביוטיקה בחיידקים. לפיכך, פיתחנו גישה ככלי לעקוב אחר התמדה בתיווך התנגדות ההתנגדות כי הוא בעל חשיבות גבוהה כדי לעקוב אחר התנגדות לאורך זמן במיוחד בתנאים ללא נוכחות של אנטיביוטיקה.

פלמידים הם רכיבים גנטיים מעגליים, שמשכפלת את עצמם, שנמצאים בכל מקום ב-prokaryotes. הם סוכנים של העברה גנטית לרוחב, כפי שהם יכולים להעביר תכונות בין אוכלוסיות מיקרוביאלית, ולכן נחשבים לשחק תפקיד מרכזי באבולוציה של חיידקים. פלמידים הם נהגים של הסתגלות מהירה לתנאים הגבלת צמיחה במשך זמן קצר (למשל, בנוכחות אנטיביוטיקה או חומרי הדברה1) והם אחראים מעבר ארוך טווח למצבי חיים אחרים (למשל, הופעתה של פתוגניות2). הדוגמאות הבולט ביותר להשפעה של הפלמידים על העברת גנים מתועדים בתחומי האקולוגיות החשופים לרמות של אנטיביוטיקה, כגון מרפאות רפואיות או חוות תעשייתיות3. בשל בחירה חיובית חזקה, פלמידים רבים לקודד גנים התנגדות מיקרוביאלית ולעתים קרובות מוצאים להיוועץ ריבוי עמידות למארח החיידקי שלהם. פלמידים לאפשר הגירה בין אוכלוסיות או מינים חיידקיים, וכתוצאה מכך התפשטות מהירה של התנגדות מיקרוביאלית מרובים. תחת תנאים בלתי סלקטיבית הפלמידים אינם חיוניים לתא והם לעתים קרובות מתייחסים גם אלמנטים טפיליים. עם זאת, פלמידים הם בכל מקום בטבע האבולוציה שלהם הוא מאוד שזורים עם זה של כרומוזומים חיידקיים. התמדה בסביבות טבעיות (לא בררנית) נשארה מובנת בצורה גרועה, אך היא בעלת חשיבות גבוהה להבנת ההתמדה של גנים בעלי עמידות לאנטיביוטיקה בטבע.
האבולוציה הניסיונית היא כלי רב-עוצמה לחקר אוכלוסיות מיקרוביאלית4. האבולוציה הניסיונית הוכיחה כי מרשים בחירה חזקה עבור תחזוקה פלמיד מוביל לפיצוי (כלומר, אדפטיבית) האבולוציה של הפלבין או כרומוזום מארח כי מפחית את עלות הכושר פלמיד, בתורו, מקלה פלמיד שפע (כלומר, התמדה פלמיד)5,6,7. לפיכך, בעקבות המגע הפלבין-מארח לאורך זמן, עשוי לחשוף מנגנונים חשובים של הסתגלות של שני האלמנטים. יתר על כן, האבולוציה ניסיוני מאפשר לכמת את השפע של התאים הסוחבים באמצע לאורך זמן בתנאים שונים8,9,10.
התמדה פלסטלינה בניסויים האבולוציה ניתן לפקח על ידי מספר אסטרטגיות כולל הזרימה cy, המופעל על ידי מיון התא מופעל פלורסנט (FACS)11, PCR כמותי (qpcr)11, או בשיטות מבוססות-טיפוח. Cy, הזרמת מחשבים דורשת מכונת FACS והמבוא של גן סמן (פלורסנט) לזיהוי, כגון חלבון פלורסנט ירוק (GFP), על הפלסמיד. עם זאת, ביטוי GFP עשוי לשנות מספר תכונות הסלולר ובנוסף להשפיע על מיקום הפלבמיד בתא12, אשר בתורו עשוי להשפיע על הירושה פלמאלית במהלך חלוקת התא. הגישה qPCR כדי למדוד את השפע פלמיד עשוי להיות מוטה מאוד על ידי מספר העתק פלאמצע, אשר יכול להשתנות מאוד לאורך שלב הצמיחה חיידקים ולאורך זמן13. לבסוף, גישה מבוססת תרבות וציפוי דורש הקדמה של גן סמן לבחירה. זה יכול להיות גן עמידות לאנטיביוטיקה, אשר מקודד לעתים קרובות על פלמידים טבעיים; לכן, אין צורך בתפעול גנטי. עמידות לאנטיביוטיקה עשויה להיות לאחר הגישה המסורתית ציפוי משוכפל. כך, כדי ללמוד דינמיקה הטבעי פלמיד, ציפוי עותק משוכפל הוא מתאים היטב כדי לפקח על העמידות לאנטיביוטיקה המקודדים באמצע14.
כדי להמחיש מולקולות פלסטיות (למשל, כדי להעריך את גודל הפלביניים) ניתן להחיל כמה שיטות. כל הפלסטלינה יכולה להיות מוגברת. באמצעות גישה מבוססת PCR עם זאת, זה דורש עיצוב של התחל הספציפי, אשר עשוי להיות מאתגר במהלך ניסוי האבולוציה, כי הרצף הפלממדי עשוי להשתנות לאורך זמן. בנוסף, קשה להגביר את הקושי הפלסטי בגישה המבוססת על PCR בשל אתרי מחייב מרובים עבור ה-PCR התחל. מולקולות הפלסטיות של מולטימאריק יכול להופיע בעקבות הפסקת השכפול של הפלזמה או באמצעות שילוב מחדש של מולקולות פלאביניים ומכוונות בעיקר מראש אל הזנב15. גישה נוספת של ויזואליזציה פלמיד משלבת את העיכול אנזימטי של מולקולות פלמטיות על ידי ה-DNA end, כי או קליב או ניק הגדיל ה-DNA באמצעות ניתוח אלקטרופורזה ג'ל הג. הפלסטלינה זהה במידות שונות (למשל, ונומרים vs. multimers) תוצאות mobilities ג'ל שונים כי ניתן לצפות בעת המחשה מולקולות פלביניים. גישה זו מאפשרת הדמיה וכימות של הקונמציות הפלסטיות השונות (כלומר, מדינות המולטיפיקציה). היווצרות הפלסטלינה עשוי לשמש מחוון של יציבות פלביניים, כמו לעתים קרובות לאיבוד פלזמה במהלך חלוקת התא16.
בעבודה שנעשתה לאחרונה, עקבנו אחר התמדה בתנאים שאינם סלקטיבית עבור השפע הפלסטי (כלומר, ללא ברירה אנטיביוטית). השוונו את ההתמדה בשני טמפרטורות שונות (20 ° c ו-37 ° c) ושלושה מידות אוכלוסיה (כלומר, שיעורי דילול). החלת שיעורי דילול שונים, או צווארי בקבוק באוכלוסיה, מאפשרת חקירת ההשפעה של גודל האוכלוסיה על אבולוציה חיידקית ופלקטאני. בהתבסס על התוצאות שלנו, אנו מציעים כי פלמידים יכול להיות נייטרלי למארח החיידקי שלהם יכול להתפתח יציבות ללא כל לחץ בחירה8. היציבות התפתחה במרכז הפלזמה מלווה בהפחתת היווצרות פלסעון8.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור כימות של התמדה בדיקה וחקירה של האבולוציה פלביניים בנוגע לתחזוקת גנים עמידות לאנטיביוטיקה. השיטה יש מספר שלבים, כולל החדרת גן עמידות לאנטיביוטיקה על המודל הפלמיד (אשר ניתן להשמיט בעת שימוש בפלסטלינה טבעי ההתנגדות), ואחריו השימוש של האבולוציה ניסיוני כדי להעריך את הפוטנציאל של הפלביניים להתמיד תחת תנאים לא סלקטיבית תוך קביעת הדינמיקה בתדר הפלביניים לאורך זמן באמצעות ציפוי העתק, וניתוח של הגנום פלביניים על ידי הדמיה. הפרוטוקול המתואר כאן נועד לחקור את האבולוציה וההתמדה של הפלמידים, אבל זה יכול להיות גם מיושם על מנת לעקוב אחר האבולוציה של גנים ההתנגדות הרומוזומלית (או גנים סמן אחרים) לאורך זמן.

<table><tbody><tr><td>96 צלחות באר עמוקות</td><td>Starlab</td><td></td><td></td></tr><tr><td>96 צלחות באר עמוקות</td><td>רוט</td><td>EN07.1</td><td>2 מ"ל, ריבוע</td></tr><tr><td>96 צלחות באר עמוקות (קריו)</td> <td>Starlab</td><td>E1702-8400</td><td>מערכת צינורות מיקרו-דילול</td></tr><tr><td>דלפק מושבה</td><td>סטיוארט</td><td>SC6 +</td><td></td></tr> <tr><td>חנות</td><td></td> וילונות <td>קטיפה כותנה</td><td>100% כותנה נדרשת</td></tr><tr><td>תא אלקטרופורזה</td><td>BioRad</td><td></td><td>Agarose ג'ל אלקטרופורזה</td></tr><tr><td>ספק כוח</td><td>BioRad</td><td>1645070</td><td>Agarose ג'ל אלקטרופורזה</td></tr><tr><td>קובטות</td><td>BioRad</td><td>1652089</td><td>0.1 ס"מ</td></tr><tr><td>Electroporator</td><td>BioRad</td><td>1652660</td><td></td></tr><tr><td>GeneJet ערכת מיצוי ג'ל</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>K0832</td><td>PCR ניקוי שבר GeneJet</td></tr><tr><td>פלסמיד Miniprep ערכת</td><td>תרמו פישר מדעי</td><td>K0503</td><td>ערכת מיצוי פלסמיד</td></tr><tr><td>גיבסון הרכבה</td><td>ניו אינגלנד Biolabs</td><td>E2611S</td><td></td></tr><tr><td>חממת</td><td>תרמו פישר 50125852</td><td></td><td></td>מדעי</tr><tr><td>(שייקר צלחות)</td> <td>היידולף</td><td>1000</td><td></td></tr><tr><td>אינקובטור (שייקר)</td><td>ניו ברונסוויק סיינטיפיק סיינטיפיק</td><td>Innova 44</td><td></td></tr><tr><td>לולאות חיסון</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td></td><td></td></tr><tr><td>פיפטות רב ערוציות</td><td>Eppendorf</td><td>3125000052, 3125000028</td><td></td></tr><tr><td>פיפטות רב ערוציות</td><td>Capp</td><td>ME8-1250R</td><td></td></tr><tr><td>NanoDrop 2000/2000c</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>ND2000</td><td></td></tr><tr><td>אוליגונוקלאוטידים</td><td>Eurofines</td><td></td><td></td></tr><tr><td>צלחות פטרי</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td></td><td></td></tr><tr><td>פוסיון פולימראז</td><td>תרמו פישר מדעי</td><td>F533S</td><td></td></tr><tr><td>פיפטות</td><td>אפנדורף</td><td>3123000012, 3123000098, 3123000055, 3123000063,</td><td></td></tr> <tr><td>אנזים PlasmidSafe</td><td>Epicentre</td><td>10059400</td><td></td></tr><tr><td>צינורות תגובה</td><td>Eppendorf</td><td>30125150</td><td></td></tr><tr><td>בלוק העתק וטבעת מתכת</td><td>VWR</td><td>601-3401</td><td>צילינדר PVC 69 מ"מ; טבעת 102 ס"מ</td></tr><tr><td>אנזימי שימור</td><td>ניו אינגלנד Biolabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermocycler</td><td>BioRad</td><td>T100</td><td></td></tr></tbody></table>

קוונפיקציה של פלמיד בתיווך עמידות לאנטיביוטיקה בגישת אבולוציה ניסויית

Quantification of Plasmid-Mediated Antibiotic Resistance in an Experimental Evolution Approach

פלמידים לשחק תפקיד מרכזי באקולוגיה מיקרוביאלית ואבולוציה ככלי רכב של העברה גנטית לרוחב ומאגרים של פונקציות גן אביזר באוכלוסיות מיקרוביאלית. זה במיוחד המקרה בסביבות המשתנה במהירות כגון חשיפה לאנטיביוטיקה תנודות. לאחרונה הראינו כי פלמידים לשמור על הגנים עמידות לאנטיביוטיקה es, coli ללא בחירה חיובית עבור הנוכחות פלביניים. כאן אנו מתארים מערכת ניסיונית המאפשרת בעקבות הגנוטיפ הפלשני והפנוטיפים בניסויים האבולוציה ארוכת טווח. אנו משתמשים בטכניקות מולקולריות כדי לעצב מודל פלבארמיד כי הוא הציג לאחר מכן לגישה ניסוי האבולוציה מערכת אצווה ב -E. coli מארח. אנו לעקוב אחר התדר פלאמצע לאורך זמן על ידי החלת ציפוי משוכפל של אוכלוסיות E. coli תוך כימות ההתמדה עמידות לאנטיביוטיקה. בנוסף, אנו מפקחים על היווצרות של פלמידים בתאי מארח על ידי ניתוח היקף היווצרות הפלסעון על ידי חותך פלמיד ואלקטרופורזה ג'ל הצמח. גישה כזו מאפשרת לנו להמחיש לא רק את גודל הגנום של הפלמידים מתפתחים אלא גם את הקשר הטופולוגי שלהם-גורם חשוב מאוד עבור הירושה פלמיד. המערכת שלנו משלבת אסטרטגיות מולקולריות עם גישות למיקרוביולוגיה מסורתית ומספק הגדרת לעקוב אחר הפלמידים באוכלוסיות חיידקי במשך זמן רב. הגישה המוצגת ניתן ליישם כדי ללמוד מגוון רחב של אלמנטים גנטיים ניידים בעתיד.

כאן, אנו מציגים גישה לחקר האבולוציה הפלביניים על ידי כימות התמדה באוכלוסיה. ראשית, אנו מראים כיצד לבנות את הפלבאמצע לשאת את החיידק הMG1655 pcon כי הוא הציג לאחר מכן לניסוי האבולוציה. שנית, אנו מציגים שיטה ישירה לעקוב אחר השפע הפלסאני באוכלוסיות החיידקי המתפתחת. בסופו של דבר, אנו מראים כיצד להמחיש את גודל המולקולה והמיבנה הפלביניים.
בעבודה הקודמת שלנו8 באמצעות גישה הציג ערכנו ניסוי האבולוציה בעקבות ההתמדה של עמידות לאנטיביוטיקה בתוך החיידק ב-E. coli בהעדר אנטיביוטיקה (איור 4). תוצאות הנציג שלנו מציגות את התפתחות האוכלוסיות ב37 ° c ושיעור דילול של 10-4. בעקבות השפע של תאים בעלי מרכז הסינון, הבחנו בירידה בתדר של התאים המארחים לאורך הזמן (איור 4). הגישה שלנו אפשרה לנו לגלות שההפסד הפלסטי היה תוצאה של ארכיטקטורת הגנום המרוכז בפלסטלינה, שהובילה לחוסר יציבות פלמיד שנגרם על-ידי התנגשויות שעתוק של גן ההתנגדות והשכפול של הפלסמיד עצמו. המחשה של מולקולות הפלביניים אפשרה לנו לגלות שקונפליקטים אלה הובילו ליצירת פלסטלינה לא יציבה (כלומר, היווצרות פלסמיד, איור 5). ובכל זאת, הבחנו באבולוציה של יציבות פלביניים ללא חשיפה לאנטיביוטיקה (איור 4). היציבות התפתחה העניקו על ידי שכפול מהותי בפלסטלינה שבטל את התנגשויות שכפול השיעתוק והוביל להיווצרות של פלמידים שעברו בירושה באופן בלתי נשכח. התוצאות שלנו ובכך להדגים את החשיבות של שילוב מחדש והגברה הגנום באבולוציה מסתגלת של אלמנטים גנטיים.
<img alt="תרשים בניית פלסמיד; הגברת PCR, היתוך איזותרמי, תהליך טרנספורמציה של E. coli." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60749/60749fig1.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 1"> איור 1: עיצוב פלמיד של pCON. ייצוג סכמטי של אסטרטגיית השיבוט המשמשת לבניית pCON הפלמיד. השדרה הפלפריארית (pBBR1) ו גן עמידות לאנטיביוטיקה (Nptii) הם PCR מוגבר והתמזגו על ידי איזותרמי fusion20. זה התשואות pCON הפלמיד ואת זן MG1655 pCON. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60749/60749fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="מבחן התמדה של E. coli; דיאגרמה של העברה טורית, ציפוי העתק ושינויי טמפרטורה." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60749/60749fig2.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 2"> איור 2: עיצוב ניסוי האבולוציה לטווח ארוך. ייצוג סכימטי של ניסוי ההעברה הטורית. האוכלוסיות בעלי הפלאמצע (pCON) מצופים באמצעי תקשורת סלקטיבית. מושבות של אבות קדמונים נבחרו באופן אקראי מלוחית והציגו למערכת העברה טורית. ההעברות מתבצעות עם שלוש גישות שונות לדילול להדמיית צווארי בקבוק של אוכלוסיה בגדלים שונים. . הדילול חוזר באופן סדרתי הניסוי מתנהל בשני משטרי טמפרטורה. התדר פלמיד-מארח נמדד לאורך הניסוי באמצעות ציפוי משוכפל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60749/60749fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="דיאגרמת שכפול מושבה; העברת צלחת LB-אגר, בדיקת רגישות Km25, שיטת מיקרוביולוגיה." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60749/60749fig3.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 3"> איור 3: ציפוי עותק משוכפל. ייצוג סכמטי של השלבים המשמשים בציפוי משוכפל של אוכלוסיות בקטריאליות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60749/60749fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="גרף אבולוציה של חיידקים; יחס המארח לעומת העברה; השפעה אנטיביוטית על פלסמידים pCON." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60749/60749fig4.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 4"> איור 4: תדר הנציג pCON לאורך זמן. התמדה pCON מוצגת כחלק מהמארחים (נציג שכפול אוכלוסיות) במהלך ניסוי האבולוציה. עבור 98 העברות, pCON האוכלוסייה התפתחה בתנאים שאינם סלקטיבית עם פקטור דילול של 10-4. כל המשכפלת שנושאות את pCON הפלמיד ירדה באוכלוסייה. לאחר מכן, האוכלוסיות נחשפו לאנטיביוטיקה עבור הדגירה לילה וטיפח שוב תחת תנאים לא סלקטיבי כדי לבדוק את האבולוציה יציבות פלמיד. דמות זו השתנתה מויין ואח '8<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60749/60749fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="אלקטרופורזה של ג'ל DNA, ניתוח הגבלה, ליניאריזציה, תוצאות עיכול DNase, רצועות מולטימר." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60749/60749fig5.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 5"> איור 5: ניתוח מייצג של המערך הפלייתי. ויזואליזציה של המודל הפלמיד pCON. דמיינו הוא ה-DNA מטופל פלזמה ישירות לאחר חילוץ, דנ א לינבאמצע ה-DNA, וטיפל עם DNase כי רק חותך דנ א כרומוזומלית, כמו גם ה-DNA שפצע אנזימטי (כלומר, פתח מעגל באמצע DNA). מראה שכל הפלמיונים. הם באותו גודל הסרת דנ א כרומוזום וחותך pCON חושף נוכחות של דימרס ושעוני צד אחרים. דמות זו שונתה מויין ואח '8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60749/60749fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>

הגישה הניסיונית שלנו מספקת אסטרטגיה לעקוב אחר שפע ועמידות לאנטיביוטיקה לאורך זמן באוכלוסיות חיידקית.

Plasmids play a major role in microbial ecology and evolution as vehicles of lateral gene transfer and reservoirs of accessory gene functions in microbial ...

פלסמידים הם אלמנטים טרום-כרומוזומליים הנפוצים בכל מקום ברוב מיני החיידקים ובתי הגידול שבהם הם סוכנים חשובים מאוד להעברת גנים אודם, היכן שהם יכולים לנדוד בין תאים ובין אוכלוסיות. אחת הדוגמאות הבולטות והבלטות ביותר להעברה כזו היא הפצת גנים עמידים לאנטיביוטיקה המקודדים על פלסמידים. כדי לבנות פלסמיד מודל המקודד גן עמידות לאנטיביוטיקה, בחר עמוד שדרה פלסמיד PCR להגביר את עמוד השדרה באמצעות פולימראז נאמנות גבוהה פריימרים לאגד על התבנית פלסמיד. במקרה שלנו השתמשנו עמוד שדרה pBBR1 פלסמיד. לאחר מכן, להגביר את הגן ההתנגדות nptII כולל מקדם Tn5 יליד באמצעות פולימראז נאמנות גבוהה. תכנן את פריימרים עבור גן ההתנגדות עם כ 20 זוגות בסיס של משלימים רצף אל עמוד השדרה פלסמיד. לאחר PCRs, להתיך את האזור homology של מוצר PCR גן התנגדות מטוהרים אל עמוד השדרה פלסמיד מטוהר באמצעות הרכבה איזותרמית ב 50 מעלות במשך 60 דקות. הפוך את המוצר מותך לתוך E.Coli DH5-אלפא באמצעות אלקטרופולציה. צלחת 100 microliter של התערובת על מדיה סלקטיבית דגירה ב 37 מעלות במשך כ 24 שעות. לאחר מכן ניתן לחלץ את הפלסמיד, לאמת אותו ולהפוך אותו לזן מסוג פראי מסוג E.coli MG1655. זה מניב זן MG1655 pCON.במהלך חשיפה לאנטיביוטיקה, חיידקים צריכים את הפלסמיד כדי לשרוד. לכן, הפלסמיד נמצא תחת בחירה חיובית. בתנאים לא סלקטיביים, כך שבלי אנטיביוטיקה, הפלסמיד חד פעמי לתא. מטרת המחקר שלנו הייתה לעקוב אחר הפלסמידים בתנאים לא סלקטיביים כאלה לאורך זמן. לשם כך, ציידנו את הפלסמידים הקטנים בגן עמידות לאנטיביוטיקה והכרנו אותו לאשריצ'יה קולי. ערכנו ניסוי אבולוציוני ועקבנו אחר תדירות הפלסמידים באמצעות ציפוי העתק. פלסמיד נושאת זן mg1655 pCON הוא הציג כעת לניסוי אבולוציה. ראשית, צלחת mg1655 pCON על צלחות אגר LB בתוספת אנטיביוטיקה דגירה לילה ב 37 מעלות. מצלחת זו לבחור באופן אקראי את 8 מושבות אבות קדמונים דגירה לילה ב 37 מעלות עם רעידות קבועות. למחרת מועברות האוכלוסיות לניסוי המתבצע ב-96 צלחות בארות עמוקות. חשוב מאוד להפיץ באופן אקראי את השכפולים על פני הלוח. לדוגמה, בגישה של לוח שחמט. בניסוי שלנו התרבויות מדוללות ומועברות עם שיעורי דילול שונים בשתי טמפרטורות. במהלך כל אירוע העברה הטיפול בדילול מוחל וההעברה הסדרתית חוזרת על עצמה על פני 98 העברות בסך הכל. לאורך ניסוי האבולוציה, תדירות הפלסמידים באוכלוסייה מוערכת ביחס לתאי נשיאת הפלסמיד. ציפוי העתק היה פופולרי על ידי אסתר ויהושע לדרברג בשנות החמישים שבו הם השתמשו בו כדי לחקור עמידות לתרופות בחיידקים. השיטה תאפשר להם לשנות את קנה מידה הסריקה שלהם עבור פנוטיפים ובסוף המחקר גילה כי עמידות בפניצילין יכול להתעורר בחיידקים עקב מוטציות ספונטניות בגנום. כדי לקבוע את תדירות הפלסמיד באוכלוסייה במהלך הניסוי, תרבויות נייחות מדוללות באופן סדרתי ומצוותות על לוחות אגר LB לא סלקטיביים. התאימו את הדילול לפי תפוקה של 250 עד 500 מושבות לצלחת. האוכלוסיות המ מצופות הם דגירה לצמיחה לילה ב 37 מעלות במשך פחות מ 24 שעות. מומלץ לשכפל מושבות כשהן עדיין קטנות. לאחר צמיחה בן לילה לספור את כל המושבות באמצעות מונה מושבה אוטומטי של הבחירה של הקורא. זה מניב את גודל אוכלוסיית החיידקים הכוללת בתרבויות. שים לב כי מושבות בקצה הצלחת יש להשאיר בחוץ. כדי לשכפל את הצלחות, אתה צריך צלחות אגר סלקטיבי בתוספת אנטיביוטיקה, בלוק עגול, טבעת מתכת שמתאימה לבלוק, ובד קטיפה סטרילי. הבד צריך להיות 100% כותנה כמו זה יכול להיות מעקר על ידי autoclavation. מניחים את הבד על הבלוק ולתקן אותו עם טבעת המתכת.מניחים בזהירות את הצלחת עם המושבות שנספרו על משטח בד הקטיפה הקבוע. הקש על הצלחת בתנועות מעגליות כך שכל משטח הצלחת ייגע במטלית. חשוב מאוד שכל המושבות ייגעו בקטיפה. הסר את צלחת LB ולה מניחים את הצלחת הסלקטיבית על הקטיפה. חזור על ההקשה הקפדה. חשוב שוב כי הצלחת נוגעת בקטיפה לחלוטין. לאחר מכן, להסיר את הצלחת הסלקטיבית. הצלחות דגירה בטמפרטורת החדר לילה. למחרת, הן LB ואת צלחת אנטיביוטיקה נדרשים להערכה. מניחים את הצלחות אחד מעל השני ולהשוות את הצמיחה. אתה יכול בקלות לזהות חללים ללא מושבה. אלה המושבות שלא עמידות לאנטיביוטיקה. לכן, מושבות אלה איבדו את הפלסמיד. בסופו של דבר, סמן כמה מושבות חסרות על צלחת האנטיביוטיקה. המספר הזה נותן לך את האובדן הפלסמידי. חזור על ציפוי העתק של כל האוכלוסיות במהלך ניסוי האבולוציה מדי שבוע. אובדן פלסמיד יכול להיגרם על ידי פלסמיד רב מום. כאשר עובדים על בנייה פלסמיד לומר על הביטוי של גן נתון בזן המארח המועדף עליך ההתנהגות הטבעית של פלסמיד ב vivo לגבי האישור מדינה יכולה לקחת הוא בדרך כלל משהו כי הוא התעלם. ויתר להקשר אבולוציוני, אישור כזה לשינויים עשוי להיות בעל חשיבות רבה. הניתוח של אישורי פלסמיד יכול להיות מאמץ מסובך מאוד. במיוחד multimers פלסמיד קשה לנתח כי הם לא יכולים להיות מזוהים כראוי על ידי PCR או על ידי רצף. בצד השני, מולטימרים פלסמיד קשה לנתח על ידי אלקטרופורזה ג'ל בגלל גודלם הגדול פוטנציאלי הניידות האלקטרופורטית האיטית שלהם. הפרוטוקול שלנו מציע שיטה פשוטה וישירה להקרנה וזיהוי של מולטימרים פלסמיד ב הייתי אומר כל הכנה פלסמיד נתון. כדי מולקולות פלסמיד חזותי לחלץ את הפלסמיד מ 5 mL נייח תרבות תאים לילה באמצעות תמיסת אלקליין. מיצוי פלסמיד של פלסמידים עותק נמוך מוביל לעתים קרובות לזיהום עם DNA כרומוזומלי מארח כי צריך להיות מתעכל לפני הדמיה. כדי להסיר זיהום DNA כרומוזומלי לטפל DNA פלסמיד שחולצו עם פלסמיד בטוח

quantification-plasmid-mediated-antibiotic-resistance-an-experimental

Research

JoVE Journal

Genetics

גנטיקה

כאן אנו להדגים פרוטוקול פשוט ליצור ספריה מוטציה אקראית על רצף יעד נתון. אנו מראים כיצד שיטה זו, אשר מבוצעת in vivo של Escherichia coli, יכול להיות יחד עם בחירות פונקציונלי להתפתח פעילות אנזימטית חדשה.

בחירת הפרוטוקולים mutagenesis ו פונקציונאלי אבולוציה מכוונת של חלבונים א coli</em

מקור: Erdogan, F., et al., מבחני הזדווגות מצומדים לניתוח ספציפי לרצף של חלבוני העברה המעורבים בצימוד חיידקים. J. Vis. Exp. (2017)סרטון זה מדגים את ההליך להעברת פלסמיד F מתאי E. coli מתורם לנמען באמצעות פלסמיד הצלה ובחירת טרנסקונג'וגנטים באמצעות עמידות כפולה לאנטיביוטיקה. התהליך כולל ערבוב תרביות חיידקים, דגירה ללא טלטול, שיבוש זוגות הזדווגות וציפוי על מדיה סלקטיבית כדי לאשר העברת פלסמיד מוצלחת.

העברת פלסמיד F ובחירת אנטיביוטיקה כפולה ב- E. coli

Source: Escudero, J. A., et.al. Testing the Role of Multicopy Plasmids in the Evolution of Antibiotic Resistance. J. Vis. Exp. (2018)This video demonstrates how escalating cefazidime exposure is used to compare the survival of three E. coli strains with different copies of the ampicillin resistance gene. It shows that only the strain with a multicopy plasmid survives at higher drug levels, highlighting how increased gene copy number accelerates resistance evolution.

Assessing the Role of Gene Copy Number in the Evolution of Bacterial Antibiotic Resistance 

אנו מתארים מורבידוסטט בעלות נמוכה וניתן להגדרה המאפשר לאפיין עמידות לתרופות אנטיביוטיות על ידי התאמה דינמית של ריכוז התרופה. ניתן לשלב את המכשיר עם פלטפורמה מיקרופלואידית מרובבת. ניתן להרחיב את הגישה למחקרי מעבדה של עמידות לתרופות אנטיביוטיות.

עיצוב ושימוש בעלות נמוכה, אוטומטי Morbidostat עבור Adaptive אבולוציה מהירה של חיידקים תחת אנטיביוטי והתרופות בחירה

כאן נציג של השיטה הניסיונית כדי לבחון את התפקיד של פלסמידים multicopy באבולוציה של עמידות לאנטיביוטיקה.

בוחן את התפקיד של פלסמידים Multicopy באבולוציה של עמידות לאנטיביוטיקה

כאן אנו מציגים פרוטוקול עבור השימוש קיימות מגירות עמידות לאנטיביוטיקה מחיקה בונה כבסיס ליצירת מוטציות מחיקה זנים אחרים e. coli . מוטציות מחיקה כאלה יכולים להיות גייסה ונוסף מיקומה המקביל של זן נמען באמצעות התמרה חושית bacteriophage P1.

הפקת ג'ין מחיקות ב- Escherichia coli מאת P1 התמרה חושית עם קלטות עמידות לאנטיביוטיקה ניתן לניתוח

הצמידות מתווכת העברת גנים אופקית על ידי גיוס DNA פלסמיד על פני שני תאים שונים, מה שמקל על התפשטות גנים מועילים. עבודה זו מתארת שיטה נפוצה לזיהוי יעיל של העברת פלסמיד מצומד, המבוססת על שימוש בסמנים דיפרנציאליים בפלסמיד המצומד, התורם והמקבל כדי לזהות טרנסקוניוגציה.

איתור העברת גנים אופקית בתיווך פלסמידים מצומדים טבעיים באי-קולי

אנו מתארים הליך קל להשלמה כרומוזומלית בעותק יחיד של גן משאבת אפלוקס באמצעות מערכת ביטוי מבוססת מיני Tn7 לזן מהונדס חסר אפלוקס של Acinetobacter baumannii. כלי גנטי מדויק זה מאפשר ביטוי גנים מבוקר, שהוא המפתח לאפיון משאבות אפלוקס בפתוגנים עמידים לתרופות רבות.

אפיון מערכות אפלוקס רב-תרופתי ב-Acinetobacter baumannii באמצעות זן חיידקי חסר אפלוקס ומערכת ביטוי גנים חד-פעמית

זרימת עבודה מיקרופלואידית נגישה בקוד פתוח מוצגת לניתוח מקביל של שימור פלסמיד בחיידקים. על ידי שימוש במיקרוסקופ פלואורסצנטי כדי לכמת נוכחות פלסמיד במיקרו-מושבות חד-תאיות בתוך מיקרו-טיפות ג'ל, שיטה זו מספקת אלטרנטיבה מדויקת, נגישה וניתנת להרחבה לספירת צלחות מסורתית.

ניתוח יציבות פלסמיד עם מיקרופלואידיקה טיפתית בקוד פתוח

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להשיג אבולוצית מעבדה אדפטיבית של מיקרואורגניזמים בתנאים באמצעות תרבות chemostat. כמו כן, ניתוח גנטי של הזן התפתח נדון.

נוהל מסתגל מעבדת האבולוציה של מיקרואורגניזמים שימוש Chemostat

למדו לכמת פלסמידים בתיווך עמידות לאנטיביוטיקה באבולוציה ניסויית של E. coli. שיטת שכפול על פלטות סלקטיביות מאפשרת מעקב אחר תדירות הפלסמיד לאורך זמן ומספקת תובנות לגבי דינמיקת העמידות.

קוונפיקציה של פלמיד בתיווך עמידות לאנטיביוטיקה בגישת אבולוציה ניסויית

גלה סרטונים נוספים