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Numerosi metodi, come l'estrazione del genoma e l'esame di percorsi biosintetici silenti, hanno facilitato la scoperta di nuove sostanze chimiche bioattive negli ultimi anni21,22. Tuttavia, le NP scoperte utilizzando tali metodi mostrano spesso un'elevata somiglianza strutturale con composti noti. Ottenere l'accesso a microrganismi precedentemente non coltivati sbloccherà una maggiore diversità chimica e NP con nuove modalità d'azione che possono aiutare meglio a combattere la resistenza microbica. La tecnica di isolamento iChip ha dimostrato di aumentare la coltivabilità di nuovi microrganismi, che possono essere utilizzati per costruire librerie di microrganismi per la scoperta di nuove NP.
La prima concettualizzazione di un iChip è stata pubblicata nel 2002, che consisteva in singoli anelli metallici contenenti una miscela di celle di agar sigillate con membrane semipermeabili e incubate in situ23. Successivamente è stato iterato nel 2010 per contenere un piccolo chip con molti pozzetti11, seguito dallo sviluppo di un iChip economico costruito con materiali di laboratorio comuni in un'influente pubblicazione di Nature Protocols nel 20179. In questa pubblicazione sono state apportate diverse modifiche al protocollo Nature per migliorarne la praticità e la facilità d'uso. Il protocollo Nature prevede l'incollaggio di una membrana semipermeabile su entrambi i lati di un chip rispetto a questo metodo, che utilizza una copertura adesiva su un lato. Possono sorgere problemi quando si utilizza la colla siliconica per fissare la membrana dopo che l'iChip è stato caricato. Per quanto ne sappiamo, tutti gli adesivi siliconici non tossici emettono acido acetico durante la presa, il che può influire sulla vitalità cellulare24. Il protocollo descritto in questo video riduce anche significativamente la quantità di manipolazione necessaria dopo l'inoculazione utilizzando il coperchio della piastra PCR per sigillare la piastra riempita, garantendo ulteriormente la sterilità e riducendo il tempo di configurazione. Sulla base dell'identificazione di più nuovi isolati da questo esperimento, l'uso di una sola membrana semipermeabile inibisce l'aumento dei tassi di scoperta di nuovi organismi che è stato riportato per gli iChip costruiti con due membrane semipermeabili. Tuttavia, sarebbero necessari ulteriori esperimenti con un campione di dimensioni maggiori per quantificare l'impatto.
Un'altra modifica del metodo consiste nel sottocoltivare solo gli iChip modificati che contengono una crescita in meno del 25% dei pozzi. Se le colonie crescono nella maggior parte dei pozzetti di una piastra, è probabile che ci siano alcuni pozzetti che contengono più microrganismi, anche se non facilmente visibili. Durante lo sviluppo del metodo si è scoperto che era in gran parte impossibile ottenere colture axeniche quando si subcoltivava da pozzi contenenti più di una colonia. L'isolamento di colture non assoniche presenta problemi significativi a valle in termini di saggi di bioattività e identificazione. Pertanto, per semplicità, si consiglia di sottocoltivare solo gli iChip modificati con colonie che crescono in una parte dei pozzetti.
Il problema più significativo che può sorgere con i metodi iChip è la contaminazione di pozzetti o interi iChip con altri microrganismi. La contaminazione è indicata da colonie che crescono nei pozzetti di controllo o dallo stesso microrganismo che cresce in diversi pozzetti o in un'intera area dell'iChip modificato. La fonte di contaminazione potrebbe essere dovuta a una sterilizzazione inadeguata dei materiali durante la configurazione o a una tecnica asettica impropria. In tali casi, assicurarsi che tutti i materiali utilizzati siano sterilizzati in autoclave o etanolo come indicato nel metodo e assicurarsi che non si verifichi alcun contatto tra gli articoli non sterili e l'iChip modificato diverso dalla miscela di agar-cellule. Se si osserva una crescita eccessiva di un singolo microrganismo nella parte inferiore o superiore di più pozzetti iChip modificati, è molto probabilmente il risultato di una tenuta incompleta tra i pozzetti e la membrana. In questo caso, assicurarsi che l'adesivo utilizzato sia silicone al 100%, che non si degrada in etanolo, e assicurarsi che la membrana semipermeabile e il coperchio della piastra PCR siano completamente sigillati attorno a ciascun pozzetto durante la costruzione.
La serie di diluizioni utilizzata nell'attuale protocollo dovrebbe fornire una diluizione adeguata per la maggior parte dei tipi di terreno con un periodo di stoccaggio inferiore a una settimana, in quanto include un intervallo di diluizioni di mille volte. Tuttavia, ci possono essere variazioni significative nel numero di microrganismi tra i tipi di suolo. Se i pozzetti di controllo non contengono crescita ma crescono più colonie in ciascun pozzetto di tutti e quattro gli iChip modificati, le concentrazioni cellulari utilizzate non erano sufficientemente basse. La serie di diluizioni deve essere modificata per raggiungere concentrazioni cellulari più basse nelle miscele di terreni cellulari utilizzate per impostare gli iChip modificati. Analogamente, se non si osserva alcuna crescita in nessuna di queste piastre, le concentrazioni utilizzate nelle miscele di terreni cellulari devono essere aumentate. In alternativa, è possibile che la temperatura del mezzo utilizzato fosse troppo alta per la sopravvivenza dei microrganismi. In tal caso, il terreno deve essere lasciato raffreddare il più possibile senza solidificarsi prima di essere aggiunto alla sospensione cellulare diluita.
La tecnologia è un importante passo avanti verso il superamento dell'anomalia del grande numero di targhe. Tuttavia, è ancora limitato dall'inadeguatezza delle tecniche di coltura convenzionali, come indicato dal numero di microrganismi che non sopravvivono al trasferimento dall'iChip modificato alle piastre di agar convenzionali. Pubblicazioni precedenti hanno riportato che più cicli di sottocoltura e incubazione in iChips aumentano ulteriormente la coltivabilità dei microrganismi. Il tempo di addomesticamento prolungato e l'esposizione ai fattori di crescita del suolo durante l'assunzione di agar nell'iChip aumentano le possibilità di crescita di una colonia solo con agar. Tuttavia, non è stato riportato che questo approccio produca una maggiore probabilità di nuovi microrganismi rispetto a una singola incubazione di iChip 25,26.
Molte altre tattiche sono in fase di esplorazione e modifica per aumentare la coltivabilità di nuovi microrganismi. Ad esempio, è stato proposto di realizzare un intero dispositivo iChip con un materiale semipermeabile per facilitare la co-coltura di microrganismi nei pozzetti vicini27. Detto questo, un vantaggio della costruzione delineato in questa pubblicazione è il suo basso costo, con il costo di costruzione di una piastra pari a circa $ 12 ($ 4 per piastra da 96 pozzetti, $ 8 per membrana, $ 2 per copertura PCR). Inoltre, la sua costruzione semplice lo rende uno strumento semplice se utilizzato come descritto e offre molte possibilità di personalizzazione. Sebbene questo protocollo utilizzi un mezzo selettivo per i batteri, la configurazione sperimentale può teoricamente essere regolata per mirare a una popolazione microbica desiderata modificando il mezzo utilizzato, ad esempio utilizzando terreni che sopprimono i batteri per colpire i funghi o agar a basso contenuto di nutrienti per i microrganismi sporulanti.