La matrice Ministat sopra descritta e nella (Figura 1A, B) è stato utilizzato per la cultura un aploide MATA ceppo di laboratorio di lievito in erba (S288c) in solfato di limitazione condizioni come descritto in precedenza 10. Abbiamo testato l'efficacia per le applicazioni più comuni chemostato compresa la determinazione della fisiologia e evoluzione sperimentale. Per convalidare i Ministat, abbiamo ripetuto diversi esperimenti condotti in precedenza fermentatori industriali modificati per uso chemostato. 10,20,21 Sixfors ATR fermentatori sono state eseguite in un volume 300 ml di lavoro, oltre dieci volte il volume dei Ministat, e hanno modi molto diversi di aerazione cultura e di agitazione. Abbiamo tentato di replicare la stabilità attrezzature, fisiologia stato stazionario, i risultati sperimentali evoluzione, e modelli di espressione genica ottenuti con questi fermentatori.
Dal momento che l'uniformità del tasso di diluizione e di aerazione sono aspetti importanti del progetto chemostato, abbiamo measured il tasso effettivo di diluizione in 32 Ministat dopo 15 generazioni di crescita e ha scoperto che con un tasso di diluizione obiettivo di 0,17 vol / h (4-5 gocce / min) abbiamo raggiunto un tasso medio di 0,17208 diluizione con una deviazione standard di 0,0075 in 32 replica. Questa gamma era alla nostra tolleranza tipica di + / -0,01 vol / h differenza dalla definizione degli obiettivi, oltre il quale cambiamenti su larga scala dell'espressione genica sono stati osservati. 22-23 su 4 Ministat la portata d'aria è stato determinato in 307,5 ml / min con una deviazione standard di 9,57 ml / min. Questo suggerisce che il flusso d'aria nelle camere è robusto e divisi tra i quattro camere ed è un valore simile a quello descritto per l'aerazione in fermentatori industriali. 20
Abbiamo già osservato l'amplificazione del ricorrente ad alta affinità di zolfo agli ioni di SUL1 trasportatore in 8/8 solfato-limitati esperimenti di evoluzione nel lievito. 10 Data la coerenza dei risultati in thicondizione s abbiamo scelto solfato-limitazione per verificare la capacità del nostro sistema. Un elemento requisito della cultura chemostato è la necessità di mantenere un ambiente costante chimica. Fluttuazioni l'abbondanza di un cambiamento di limitazione nutritiva o di altro ambiente tipicamente risultare in un cambiamento del numero di cellule in una data cultura. Abbiamo misurato la densità ottica come proxy per numero di cellule (Figura 2A) e riproducibilità misurato in 16 repliche culture, trovare un A600 media di 1.12 (~ 10 9 celle) dopo circa 15 generazioni di crescita con una deviazione standard di 0,057 unità, o 5.1 %. Per confronto, le misure prese da 4 colture replicate coltivate nei fermentatori industriali hanno mostrato una deviazione standard di 2,5%. Cellule erano ben miscelato nella camera di crescita: misurazioni di OD e di cellule sulla pista effluenti erano equivalenti ai campioni prelevati direttamente dal tubo cultura (dati non mostrati). Questi risultati dimostrano la robustezza della nostra piattaforma und capacità di mantenere un ambiente costante chimico entro una tolleranza simile come il fermentatore industriale.
Come una lettura più sensibile della fisiologia, abbiamo confrontato il genoma stazionario espressione genica stato da colture cresciute sotto limitazione solfato nelle Ministat e nel fermentatore industriale. Espressione genica nelle Ministat mostrato un alto grado di somiglianza tra tre repliche biologica (Figura 2B). Abbiamo precedentemente notato che per RNA derivati da due chemostati replicati Sixfors e co-ibridato ad un microarray, espressione del 99% dei geni rientra in un intervallo di 1,5 volte, permettendo l'uso di 1,5 X come cutoff significato empirico. 21 espressione genica da Ministat tre repliche, rispetto a coppie, ha mostrato il 99% dei geni rientrava in un range 1,5-1,7 volte, paragonabile ai risultati dei fermentatori industriali. I tre campioni sono stati ibridati per singoli array ed i rapporti a coppie calcolate in seguito, per cui questi value includono inter-matrice rumore oltre al rumore biologico, potenzialmente sovrastimare la variazione tra replicati rispetto ai pubblicate, co-ibridizzati risultati. 138 geni sono differenzialmente espressi> 1.5 volte in tutto Ministat tre repliche rispetto ad un campione prelevato da una coltura cresciuta abbinato nel fermentatore industriale. I geni sono diminuiti in espressione nei Ministat sono stati fortemente arricchito per il metabolismo del ferro. Questa firma può riflettere la diversa composizione metallica di ogni configurazione del dispositivo: l'apparecchio Sixfors comprende una girante in metallo e montaggio aerazione immersi nella cultura, e la damigiane supporti precedentemente utilizzati anche richiesto hardware in metallo. Il Ministat utilizza aghi di acciaio inossidabile, ma non componenti metallici. I geni con aumentata espressione sono stati in gran parte associato con le membrane cellulari, anche se il significato biologico di questa associazione non è chiaro.
Infine, abbiamo testato unde sperimentale evoluzioner queste condizioni. Dopo 250 generazioni di solfato-limitata crescita, 4/4 cloni testati da 4 popolazioni indipendenti evoluzione mostrato amplificazione SUL1 come rilevato da Genomic Hybridization matrice comparativa (CGH, Figura 2C). Questo risultato è coerente con quanto rilevato negli chemostati di quantitativi maggiori su intervalli di tempo simili 10.

Figura Design 1. Design A. e disposizione della matrice Ministat. B. della camera di coltura.

Figura 2. A. Experimentale dati che dimostrano che le culture raggiungere l'equilibrio nel raggio di dieci generazioni di crescita (n = 16). dati di espressione B. biologica tre repliche S1-3 campionati durante lo stato stazionario in solfato di limitazione rispetto ad un riferimento comune cresciuto in un corrispondente solfato-limitata chemostato Sixfors C.. amplificazioni SUL1 recuperato in Ministat dopo 250 generazioni di crescita in un solfato di un ambiente limitato. DNA genomico da ciascun clone è stato evoluto rispetto al DNA ancestrale da CGH come descritto. 21 Il numero medio di copia è stato calcolato per ogni regione amplificata ed è indicato accanto a ciascun amplicone. Tutti i dati di microarray sono depositati nella banca dati GEO in adesione GSE36691. Clicca qui per ingrandire la figura.