Name: measuring bacterial resistance with e-tests
Uploaded: 2023-04-30T07:10:10.000Z
Duration: 13 min 39 s
Channel: JoVE

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Life Sciences

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From Molecules To Organisms: Structures And Processes

HS-LS1-8

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Antibiotic Susceptibility Testing: Epsilometer Tests to Determine MIC Values of Two Antibiotics and Evaluate Antibiotic Synergy

1. エプシロメーター試験(E検定)
<ol><li>
セットアップ
	<ol>
<li>手袋とラボコートを着用する</li>
		<li>70%エタノールを使用して殺菌してワークスペースを準備</li>
		<li>ミュラー・ヒントン寒天プレート(MHAプレート)を収集</li>
	</ol>
</li>
	<li>
マクファーランド濁度規格No.0.5の準備
	<ol>
<li>塩化バリウム(BaCl2)の1%溶液を調調します。 100mL蒸留水に1グラムの無水バリウム塩化バリウム(BaCl2)を加えます。渦がよく。</li>
		<li>硫酸の1%溶液を調出す(H2SO4): 蒸留水の99 mLに濃縮H2SO4の1 mLを加えます。渦がよく。</li>
		<li>マクファーランドの濁り標準番号0.5を準備します。 1%H2 SO4溶液の5mLで50 μL BaCl2溶液。濁った懸濁液を得るためによく解決策を渦。</li>
		<li>ホイルで覆われた管の中のMcFarlandの濁りの標準No.0.5を保つ。最大6ヶ月間25°Cで保管してください。使用前に均質な溶液によく渦。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MHAプレートの準備
	<ol>
<li>無菌ループを用いて血液寒天板からスクレープストレプトコッカス群G細菌。生理生理生理の1mLに混合し、細菌の懸濁液に渦。</li>
		<li>実験中に同じ接種サイズを持つために、同じ濁りを達成するために、マクファーランド標準No.0.5とサスペンションを比較します。追加の生理生理生理知または細菌を使用して濃度を調整します。</li>
		<li>無菌綿の先端アプリケーターを使用してMHAプレートを接種します。プレートをそっと洗って表面を覆います。以下に説明する 3 つの方法のいずれかに進みます (1.4-1.6)。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
単一の抗生物質耐性試験。 連鎖球菌群G、ペニシリンGまたはゲンタマイシンに対する耐性<ol>
<li>MHAプレートの中央にE検定ストリップ(ペニシリンGまたはゲンタマイシン)を置きます(図1 A,B)。</li>
		<li>18-20時間、37°Cのインキュベート。</li>
		<li>結果を読んでください。MICは、等級付き抗生物質試験帯と交差する阻害ゾーンとして測定される(図1 C,D)。</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10512/10512fig1.jpg"> 図1:単一E検定。A)ペニシリンGおよびB)のE検定ストリップの配置(AおよびB)の前に(AおよびB)および後(CおよびD)一晩のグループG連鎖球菌の細菌コロニーで覆われたミューラー・ヒントン寒天板上のゲンタマイシン37°Cでのインキュベーション 5% CO2.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10512/10512fig1large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<ol start="5"><li>
シナジーテストのクロスアプローチ。連鎖球菌群Gは、ペニシリンGおよびゲンタマイシンに対する耐性である。<ol>
<li>異なる抗生物質(例えばペニシリンGおよびゲンタマイシン)を含む2つのE検定ストリップを、クロス形成中の接種されたMHAプレートに置きます。<ol>
<li>最も正確な結果を出すには、単一の抗生物質耐性試験で以前に決定されたMIC値でのスケール間の交点に約90°の角度で十字を配置することを目指す(図2A)。 </li>
			<li>一部の抗生物質は既にプレートに吸収されている可能性があるため、ストリップを寒天プレート上に置くと、それらは移動しないでください。したがって、ストリップをわずかに間違った角度(例えば85°)で維持し、実際のMIC値から最大1〜2mmに維持することがより適切です。この問題を軽減するために、実験を三色にすることをお勧めします。</li>
		</ol>
</li>
		<li>18-20時間、37°Cのインキュベート。</li>
		<li>結果を読んでください。MICは、それぞれのE検定ストリップ上の等級付き抗生物質試験ストリップと交差する阻害ゾーンとして測定される(図2B)。 </li>
		<li>相乗効果を決定するために、分画抑制濃度(FIC)(式1)の式を使用します。</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10512/10512fig2.jpg"> 図2:相乗効果検出-クロステスト。連鎖球菌群GのペニシリンGおよびゲンタマイシンのMICの抗菌相乗効果試験の結果(A)及び(B)インキュベーションを37°C 5%CO2で一晩インキュベーションした。2つの個々のMIC値(ペニシリンG:0.094 μg/mL、ゲンタマイシン:8 μg/mL)の間に90°の角度が形成されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10512/10512fig2large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<ol start="6"><li>
シナジーテスト非クロスアプローチ。連鎖球菌群Gは、ペニシリンGおよびゲンタマイシンに対する耐性である。<ol>
<li>EテストストリップをMHAプレートの中央に配置します(図3 A,D)。</li>
		<li>以前に決定された MIC 値が各ストリップ上のどこにあったかをマークします。</li>
		<li>室温で1時間インキュベートする。</li>
		<li>各MHAプレートのEテストストリップを破棄します(図3 B,E)。</li>
		<li>MIC 値がマークに対応し、整列するように、2 番目の E 検定ストリップ (異なる抗生物質を含む) を以前に削除したストリップの領域にそれぞれ配置します。</li>
		<li>18-20時間、37°Cのインキュベート。</li>
		<li>結果を読んでください。MICは、それぞれのE検定ストリップ上の等級付き抗生物質試験ストリップと交差する阻害ゾーンとして測定される(図3 C,F)。</li>
		<li>相乗効果を決定するために、分画阻害濃度(FIC)の式が用いられる(式1)。</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10512/10512fig3.jpg"> 図 3: 相乗効果検出 - 非クロステスト。連鎖球菌群G.A)レンタマイシンストリップ(8μg/mL中心)のペニシリンGおよびゲンタマイシンのMICの抗菌相乗効果試験の結果(8μg/mL中心)ストレプトコッカス群G細菌の上に、B)ゲンタマイシンストリップ、Cの除去)ストレプトコッカス群G細菌、D)ペニシリンGストリップ(0.094 μg/mL中心)の上にゲンタミシン/ペニシリンGストリップ(0.094 μg/mL中心)、E)ペニシリンGストリップ、F)複合ペニシリンG/の除去レンタマイシンストリップ(8 μg/mL中心)をストレプトコッカス群G細菌の上に置く。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10512/10512fig3large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
2. ブロス試験
<ol><li>
セットアップ
	<ol>
<li>手袋とラボコートを着用する</li>
		<li>70%エタノールを使用して殺菌してワークスペースを準備</li>
		<li>50%のライズされた馬の血および20 mg/mL β-NAD(MH-F)と15mL MHのスープを集める</li>
	</ol>
</li>
	<li>
(オプション)E検定[プロトコル1]を実行して、固体媒体上のMICを決定する
	<ol>
<li>オプションですが、このような知識は、より良い実験設計を可能にします(例えば、追加された抗生物質の濃度は、プレートから決定されたMIC値を囲むように設計することができ、実験が成功する可能性を向上させる)。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
細菌の接種を準備する。前述のように、細菌濃度はOD nm測定またはマクファーランド濁度基準によって推定することができる<ol>
<li>
OD600 nm法
		<ol>
<li>確立された細菌濃度で細菌懸濁液を得る</li>
			<li>0.003のOD600を達成するためにMH-Fスープの培養を希釈する</li>
		</ol>
</li>
		<li>
マクファーランド濁度法
		<ol>
<li>無菌チューブに15 mL MH-Fスープを入れます。</li>
			<li>MH-Fスープを(プレートから)マクファーランドレベルに細菌で接種します。溶液を精力的に渦に入れ。無菌ペトリ皿に溶液を注ぎます。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
抗生物質の準備
	<ol>
<li>必要な抗生物質の濃度を決定する<ol>
<li>E-検定からMIC値を特定する(ペニシリンGの場合は0.125 μg/mL、ゲンタマイシンは8μg/mL)</li>
			<li>寒天板MIC値に24-27を掛け、4-7 2xシリアル希釈に対応します。これは抗生物質の開始濃度になります。(ペニシリンG、7つの2xシリアル希釈:0.125 μg/mL x 27 = 16 μg/mL;ゲンタマイシンの場合、4つの2xシリアル希釈8 μg/mL x 24 = 128 μg/mL</li>
			<li>抗生物質のストック濃度を生成するために所望の開始値100倍を乗算する(例えば1.6 mg/mLペニシリンGおよび12.8 mg/mLゲンタマイシンの株式)</li>
		</ol>
</li>
		<li>それに応じて100倍の抗生物質ストック濃度を準備する<ol>
<li>10mLオートクレーブ水に抗生物質を溶解し、ボルテックスを生成するために、ストック溶液を生成する(例えば16mgペニシリンGと128mgゲンタマイシンは、上記の株式を作成するために)</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
マイクロプレートウェルに細菌を追加
	<ol>
<li>アリコット200 μl MH-Fブロスは、三重の実験のための96ウェルマイクロチタープレートの最初の3列のウェルに細菌の接種を含有する。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
マイクロプレートウェルに抗生物質を追加
	<ol>
<li>ウェルの最初のカラム(A1、B1、C1)に細菌を含む200μLの余分なMH-Fスープを追加し、総体積を400μLにします。</li>
		<li>ウェルの最初の列に抗生物質のストック濃度の4 μLを追加します。サンプルには400 μLが含まれているため、抗生物質の100倍の希釈が生じる。</li>
		<li>A1からA2に200 μL細菌/抗生物質をA11に移すことによって2倍の連続希釈を生成する。希釈の間に激しくピペット。追加の行の手順を繰り返します。</li>
		<li>すべてのウェルの最終容積が200 μLになるように、カラム11から200 μLを取り外します。</li>
		<li>最後の列(A12、B12、C12)は、抗生物質なしで、コントロールとして残します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MIC 値の決定
	<ol>
<li>96ウェルマイクロチタープレートを37°Cで24時間、揺らさずにインキュベートします。</li>
		<li>MIC値は、細菌の目に見える増殖を示さない希釈系列の最後の井戸として定義される(図4)。ただし、この値は、元のイノクル サイズが正しい場合にのみ信頼できます。</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10512/10512fig4.jpg"> 図4:ブロス希釈によるMIC判定。MICは、濁りを変化させる前に透明度(細菌の増殖なし)を示す最後の井戸として定義されています。行はペニシリンGのMIC値の複製であり、行はゲンタマイシンのMIC値の複製であり、いずれもストレプトコッカスグループG.Aの単離と比較して、実際の実験結果、B)Aからの値の概略解釈(灰色 = 成長なし;白=成長)。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10512/10512fig4large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10512/10512fig5.jpg"> 図5:元の細菌濃度をカウントする希釈系列の概略手順。希釈は記載されているように(10x希釈系列に対して180μLで希釈した20μL)、次いでA-H行から10μLが示すように2つの別々の血液寒天プレートにめっきされる。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10512/10512fig5large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<ol start="8"><li>
元のイヌキュラムサイズを決定する 注:マイクロブロスアッセイは、使用される元の接種サイズに対して非常に敏感です。過剰な接種サイズは、追加された抗生物質は、もはやその比率で成長を阻害することができないので、偽陽性の結果を与えます。したがって、マイクロウェルにどの程度の細菌が追加されたかを確認することが重要です。データは実験の時点では利用できませんが(24時間インキュベーションが必要なため)、コントロールとして機能します。添加された細菌の数が記載された濃度範囲内にある場合、MIC値を信頼できます。接種が高すぎるか低すぎる場合は、実験を繰り返す必要があります。<ol>
<li>
細菌を連続的に希釈する
		<ol>
<li>96ウェルマイクロティタープレートを調製し、元の細菌濃度を希釈して接種サイズを決定する。最適は105-6細菌と200 μLの容積である。希釈を行うために、まずアリコート180μL滅菌PBSをB-Hの各ウェルに(三重1-3)。</li>
			<li>次に、100 μlの細菌溶液をAに加える(三量三分の1-3)。</li>
			<li>20μlの細菌をAからBに移し、ピペを激しく移送して10倍の連続希釈(三重)を生成します。C-H の手順を繰り返します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>
接種サイズ決定のための細菌希釈をプレート化
		<ol>
<li>図 5に従って血の寒天プレートをマークします。</li>
			<li>図 5に従って、シリアル希釈からプレートに 10 μL を転送します。</li>
			<li>プレートを37°Cで20~24時間インキュベートします。</li>
		</ol>
</li>
		<li>
細菌の接種サイズを決定する
		<ol>
<li>5~50コロニー内のスポット内の細菌数を数える(図6)。</li>
			<li>トリプリケートサンプルの平均を計算して初期の接種サイズを計算し、希釈係数を増算し、希釈係数(例えばBサンプルの場合は100倍、Cサンプルの場合は1000倍、Dサンプルの場合は1000倍)を乗算し、10μLのスポッティング量を補正します。cfu/mLの接種サイズ。接種が105-6 cfu/mL内にある場合、MICデータは信頼できます。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10512/10512fig6.jpg"> 図6:接種サイズの決定。図5に従って接種した細菌を37°Cで20〜24時間インキュベートし、次いでカウントした。行 D には、数えるコロニーの数が多い (例: 5~ 50) があります。Aの試料は希釈されず、Bは10倍、Cは100倍希釈され、Dは1000倍希釈され、各スポットで10μLのみがめっきされる。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10512/10512fig6large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>

抗生物質耐性は世界的な健康問題です。微生物の耐性機構を決定するためには、異なる抗生物質との相乗効果と拮抗作用をテストする方法が重要です。E検定法は、迅速かつ複製が容易であり、併用療法の相乗的な可能性を調査するために使用することができます。ブロス希釈法は、殺菌活性を予測するために評価することもできる。異なる微生物の耐性メカニズムを調べるためには、相乗的および拮抗的な抗生物質相互作用の知識が重要である。抗生物質を組み合わせることは、治療効果を高め、抗生物質耐性に直面する戦略でありうみがあります。ここで行った試験では、グループG連鎖球菌に対するペニシリンGおよびゲンタマイシンのMIC値を決定することができた。我々はまた、2つの抗生物質が相乗効果を示さないことを実証し、したがって、そのような感染症に対する好ましい治療選択肢ではないであろう。

抗生物質感受性試験:2つの抗生物質のmic値を決定し、抗生物質の相乗効果を評価するエプシロメーター試験

ソース: アンナ・ブレックバーグ1, ロルフ・ルード1 1臨床科学ルンド, 感染医学の部門, ルンド大学生物医学センター, 221 00 ルンドスウェーデン
微生物が抗生物質耐性をどのように進化させるかを理解する上で、抗生物質と細菌の相互作用に関する知識が重要である。1928年、アレクサンダー・フレミングは、細胞壁再生を妨げ、抗菌機能を発揮する抗生物質であるペニシリンを発見しました(1)。その後、細菌のDNA複製やタンパク質翻訳を阻害する薬剤を含む、多様な作用機序を持つ他の抗生物質が発見された。しかし、近年、新しい抗生物質は開発されていない。現在の抗生物質に対する耐性が高まり、効果的に治療できない重篤な感染症が生じています(2)。ここでは、細菌集団における抗生物質耐性を評価するいくつかの方法について説明する。これらの方法のそれぞれは、使用される抗生物質の作用機序にかかわらず、細菌死が測定された結果であるため、機能する。抗生物質耐性は、病院の設定を通じて特に急速に広がるだけでなく、社会全体に広がっています。このような抵抗手段を調べるために、エプシロメータ試験(E検定)やブロス希釈試験(3)を含む様々な方法が開発されている。
E検定は確立された方法であり、微生物の目に見える成長を阻害する抗菌剤の最低濃度である最小限の阻害濃度(MIC)データを定量する費用対効果の高いツールです。使用される細菌株および抗生物質によって、MIC値はサブμg/mLから&gt;1000 μg/mL(4)の間で変化する可能性がある。E検定は、あらかじめ定義された抗生物質勾配を含むプラスチックストリップを使用して行われ、これはμg/mLでMIC読み取りスケールが刻印されています。このストリップは、接種された寒天プレートに適用される場合、寒天マトリックス上で直接転送されます。インキュベーション後、細菌の増殖が防止されるにつれて、対称的な楕円阻害ゾーンがストリップに沿って見える。MIC は、楕円がストリップと交差する終点である阻害の領域によって定義されます。MICを決定するもう一つの一般的な方法は、マイクロブロス希釈法である。マイクロブロス希釈は、接種細菌を含むブロス培地に添加された抗菌剤の異なる濃度を組み込む。インキュベーション後、MICは目に見える成長を防ぐ抗生物質の最も低濃度として定義される(5)。また、定量的な方法であり、いくつかの細菌に適用することができます。この方法の欠点は、試薬の濃度と実験に必要な試薬の数が多い場合にエラーが発生する可能性があることです。抗生物質耐性の測定は、臨床および研究の両方の観点から不可欠であり、耐性を調査するこれらのインビトロ法について以下に説明します。
特定の細菌に対する抵抗性のプロファイルは、患者が併用治療と単一療法のどちらから利益を得るかを決定するために抗生物質治療を最適化するために適用することができる。一度に複数の抗生物質を使用するためには、互いの相互作用を知ることが不可欠であり、それらが添加剤、相乗的、または拮抗効果を有するかどうかを知ることが不可欠です。抗生物質の関節効果が等しい用量で与えられた個々の抗生物質の効力に等しい場合、添加効果が見られます。一方、抗生物質間の相乗効果は、薬剤が単独で与えられる場合よりも抗生物質の関節効果がより強力である場合に存在する(6)。抗菌治療の組み合わせを適用することは、このように個々の抗生物質治療の効果を高めるために抗菌性の発生を回避するために使用される(7)。抗菌性の知識は、抗菌の組み合わせの不必要な使用を防ぐためにも重要です。E検定方法論は、異なる抗菌剤間の可能な相乗効果と拮抗作用を決定するための簡単かついくつかの方法を提供する。抗生物質耐性病原体の増殖に直面するためには、特定の抗生物質の相乗的および拮抗的なメカニズムの可能性に関する知識が重要であり、臨床的有効性および多剤耐性との闘いをもたらす。
E検定を用いたシナジーの決定は、クロステストと非クロステストの2つの大きなアプローチに分けられます。いずれの相乗効果テストも、個々のMIC値に関する以前の知識に依存していますが、この2つのアプローチは方法論と概念的アプローチにおいて若干異なります。非クロスシナジー試験では、試験対象のペアの最初の抗生物質が細菌に接種された寒天板上に置かれる。最初のストリップからの抗生物質がプレートを注入することを許可した後(例えば、1時間後)、ストリップが除去され、2番目の抗生物質を含む新しいストリップが最初のとまったく同じ場所に置かれ、各otの上に2つの個々のMIC値を置くことを確認します。彼女。得られた阻害ゾーンは、上記のように分析することができ、式1に基づいて計算された相乗効果。
式 1 - 分数阻害濃度 (FIC)
<img src="/files/ftp_upload/10512/10512eq1.jpg">
値 &gt;0.5 は相乗効果を示します。
分析しやすいプレートで試験官に報酬を与える一方で、ストリップの変更や実験ごとに2枚のプレートを使用する必要性により、多少手間と時間がかかります。代わりに、クロステストが使用されることがよくあります。2つの異なるE検定ストリップを互いに上に追加する代わりに(最初の除去後)、両方が同時に配置されますが、クロス(90°<img align="center" src="/files/ftp_upload/10512/10512eq3.jpg">角度)の形で、以前に決定された2つのMIC値が90°角度を形成します。このアプローチでは、シナジーテストごとに1つのプレートのみが必要であり、作業が少ないため、分析が少し難しいにもかかわらず、好ましい選択になります。組み合わせた抗生物質アプローチにおける新しいMIC値は、修飾阻害ゾーンとして視覚化することができ、その後、相乗効果は式1によって決定することができる。
寒天プレートアプローチを使用する代わりに、マイクロブロスアプローチは、多くの場合、その柔軟性が高いため優先することができます(例えば、E検定ストリップの限界外の抗生物質の特定の濃度を選択する能力)。また、固相内の解離に依存しない液体溶液中の抗生物質の均一な分布のために、マイクロブロス検査はより敏感であることが示唆される。.96ウェルマイクロプレートのウェルは、一定数の細菌(106 cfu/mL:細菌濃度はOD600nm測定、濁り基準、または10倍の細菌連続希釈からめっきサンプルを広げることによって推定することができる)で接種され、および異なる希釈の抗生物質が井戸に加えられる。同様に、E検定ストリップにMICは、細菌の目に見える増殖を阻害する抗生物質の最も低濃度との交点(ウェル/スポット)として決定される。
実験的な目的
<ul><li>以下のプロジェクトは、ペニシリンGと連鎖球菌群GのゲンタマイシンのMIC値を、E検定およびマイクロブロス希釈の2つの異なる方法によって決定する戦略について説明する。E検定では、ストレプトコッカス群Gに接種したミューラー・ヒントン寒天プレートをペニシリンGおよび/またはゲンタマイシンの勾配ストリップと組み合わせて使用した。50%溶解した馬の血液と20mg/mL β-NADを用いたMH-ブロスは、マイクロブロスアプローチでストレプトコッカス群Gと共に可溶性抗生物質と共に使用した。</li>
</ul>材料
<ul><li>血液寒天プレート上の細菌コロニー、4°Cで保存&lt;7日</li>
	<li>血の寒天プレート</li>
	<li>0.5 マクファーランド標準<ul>
<li>1% バクル2
</li>
		<li>1% H2SO4
</li>
	</ul>
</li>
	<li>生理生理管(2 mL)</li>
	<li>コットンチップアプリケーター</li>
	<li>ミューラー・ヒントン寒天プレート(MHAプレート)</li>
	<li>50%のライズ馬の血液と20 mg/mL β-NAD(MH-F)のMHスープ</li>
	<li>E検定ペニシリン/ゲンタマイシン(または目的の抗生物質)(BioMerieux、マーシー・レトワール、フランス、スウェーデン)</li>
	<li>ペニシリン/ゲンタマイシン(または目的の抗生物質(粉末/溶液))</li>
</ul>注:細菌の増殖に使用される特定の培地は、種によって異なる場合があります。

E検定におけるMIC値 個々のMIC値は、ペニシリンGの0.094 μg/mL、および8 μg/mLのゲンタマイシンとして図1で同定された。相乗効果試験では、ペニシリンGのMIC値を0.064 μg/mL(図2,3)、ゲンタマイシンはクロス試験と非クロス試験に対してMIC4 μg/mLを示しました。クロステストと非クロステストの間にわずかな不一致が生じる場合は、2 つの設定でストリップのインキュベーション時間が異なる場合があります。
相乗効果の計算 FIC の方程式は次のとおりです。
<img align="center" src="/files/ftp_upload/10512/10512eq2.jpg">= 1.1...

抗生物質感受性試験:2つの抗生物質のMIC値を決定し、抗生物質の相乗効果を評価するエプシロメーター試験

Source: Anna Bl&#228;ckberg1, Rolf Lood1
1 Department of Clinical Sciences Lund, Division of Infection Medicine, Biomedical Center, Lund University, 221 ...

抗生物質感受性は、細菌の抗生物質に対する感受性として定義され、ブロス希釈試験またはEpsilometer試験(Eテストとも呼ばれる)を使用して測定できます。ブロス希釈法では、標準化された数の細菌を、連続抗生物質希釈液を含む増殖培地に添加します。感受性がある場合、細菌は高濃度の抗生物質では増殖できず、低濃度の抗生物質で増殖し続け、培地が濁ります。細菌が生存または増殖できなくなった最低の抗生物質濃度は、特定の細菌に対する抗生物質の最小阻害濃度(MIC)値と呼ばれます。E-testでは、あらかじめ定義された抗生物質の勾配を含浸させたプラスチックストリップを、Mueller-Hinton寒天培地(MH-A)のペトリプレート上に広げたばかりのバクテリアの芝生に塗布します。抗生物質は寒天培地に拡散し、そこで細菌に取り込まれます。感受性がある場合、細菌は増殖できずに死滅し、成長阻害ゾーンと呼ばれるEストリップの周囲に明確なゾーンを形成します。成長がEストリップと交差するポイントで、スケール上の対応する値が抗生物質のMIC値を示します。多くの場合、抗生物質は、細菌の抗生物質耐性株の出現を防ぐために組み合わせて使用されます。これにより、多くの場合、相加的ではなく相乗的な効果が得られます。相乗効果とは、2つの抗生物質の複合効果が、それぞれの活性の合計よりも大きいことを意味します。ただし、その効果が有意であると見なされるのは、抗生物質の組み合わせのMIC値が少なくとも2倍に減少した場合のみです。この基準は、フラクショナル阻害濃度(FIC)指数を計算することによって評価されます。各抗生物質のMICと各抗生物質のMICの比率を合計すると、FIC指数が0.5未満であればシナジーを示します。抗生物質の相乗効果は、非クロステストとクロステストの2つのEテストベースの方法を使用して測定できます。非クロステストでは、まず、所定のMIC値を持つ2つの異なる抗生物質のEストリップを2つの別々のプレートに適用します。抗生物質が培地に拡散した後、元のEストリップを取り外し、代替抗生物質のEストリップを、MICスケールが前のストリップのMICスケールに正確に収まるように配置します。非クロステストの高速バージョンであるクロステストでは、2つの抗生物質のEストリップがクロスフォーメーションで一緒に配置され、MICマークのスケールが交差部で90度の角度を形成します。両方の手法でのインキュベーション後、成長阻害ゾーンがEストリップの端と交差するポイントで、他の抗生物質と組み合わせた各抗生物質のMIC値が読み取られます。次に、FIC インデックスが計算されます。このビデオでは、E-testとマイクロブロス希釈テストを使用して、特定の細菌に対する特定の抗生物質のMIC値を決定する方法を示します。また、クロステストと非クロステストを使用して、2つの抗生物質間の相乗効果を判断する方法も学びます。まず、実験用手袋や白衣など、適切な個人用保護具を着用してください。次に、70%エタノールを使用して作業スペースを滅菌します。次に、15ミリリットルの滅菌ミューラーヒントンブロスを50%溶解した馬の血液と1ミリリットルあたり20ミリグラムのベータニコチンアミドを収集します。そして、5〜8枚のミューラー・ヒントン寒天プレート。さて、マクファーランド濁度基準番号0.5を準備するには、9.95ミリリットルの1%硫酸溶液を測定します。次に、硫酸溶液に50マイクロリットルの1%塩化バリウム溶液を加えます。溶液をよくボルテックスして、濁った懸濁液を得ます。チューブをアルミホイルで覆い、脇に置きます。次に、1ミリリットルの生理食塩水を15ミリリットルのチューブに分注します。滅菌ループを使用して、細菌試験プレート(ここでは連鎖球菌グループG)から細菌増殖のサンプルを掻き取ります。次に、バクテリアを含んだループを生理食塩水に入れ、穏やかに攪拌してから、チューブをしっかりとボルテックスします。次に、細菌懸濁液とマクファーランド濁度基準を並べて配置し、濁度同等性について比較します。細菌懸濁液の濁度が標準と一致するまで、生理食塩水または細菌コロニーを追加します。所望の濁度が得られたら、滅菌綿チップアプリケーターを細菌懸濁液に浸します。MH-Aプレートに接種するには、プレートの全面をジグザグに優しく綿棒で拭きます。次に、プレートの底面にバクテリアの名前と日付のラベルを付けます。まず、ペニシリンG Eテストストリップを取り出し、鉗子で端を持ちます。拭き取ったばかりのMH-Aプレートの中央にストリップをそっと置き、蓋を元に戻します。この例では、2 番目の抗生物質であるゲンタマイシンも試験されます。したがって、ストリップ配置プロセスは、第2のプレートとゲンタマイシンEテストストリップで繰り返されます。Eテストの結果を確認するには、ペニシリンG Eテストストリップを含む最初のプレートを収集します。次に、阻害ゾーンが抗生物質ストリップと交差するポイントを決定します。スケール上の対応する数値を読み取ります。この値はペニシリンGのMIC値を表し、ゲンタマイシンのMIC値も同様に決定します。まず、MH-Aプレートに連鎖球菌G群細菌を接種します。プレートの底に、細菌の名前、使用する抗生物質、日付をラベル付けします。次に、目的の抗生物質のEテストストリップをプレートの中央に置きます。次に、2 番目のテスト ストリップを最初のストリップに対して 90 度の角度で保持し、その MIC マークの位置を確認します。2 つの E ストリップを 1 つ目の E ストリップの上に、2 つの MIC 値が交差するポイントにそっと置きます。ストリップを配置したら、動かさないでください。次に、プレートを摂氏37度で18〜20時間インキュベートします。2枚のMH-Aプレートに連鎖球菌G群細菌を接種した後、1枚のプレートの表面に1つの抗生物質のEテストストリップを置きます。次に、示されているように、他の抗生物質のEテストストリップを2番目のプレートに置きます。プラスチック製の接種ループを使用して、各抗生物質のMIC値をそれぞれのプレートの表面にマークします。次に、プレートを覆い、室温で1時間インキュベートします。この後、鉗子を使用してEストリップを取り外します。次に、プレートの1つと、もう1つの抗生物質用のEテストストリップを収集します。最初のストリップが残したインプリントにEテストストリップをかざし、EストリップのMIC値がマークされた線と一致するポイントを見つけます。この交点にストリップをそっと置きます。2枚目のプレートについてもこのプロセスを繰り返し、両方のプレートを摂氏37度で18〜20時間インキュベートします。まず、確立された細菌濃度の細菌懸濁液を入手し、MHFブロスで培養物を希釈してOD600を0.003にします。次に、16ミリグラムのペニシリンGと128ミリグラムのゲンタマイシンを計量します。秤量した各乾燥抗生物質を215ミリリットルの円錐管に移します。各コニカルチューブに10ミリリットルの蒸留水を加え、ボルテックスでよく混ぜます。チューブに抗生物質の名前と濃度をラベル付けします。アッセイを3回に分けて行い、96ウェルマイクロタイタープレートの3列の最初のウェルに400マイクロリットルの作動細菌溶液を加えます。次に、MHFブロス中の200マイクロリットルの作動細菌溶液を3列のウェルに加えます。さて、2倍の連続抗生物質希釈を生成するには、まず4マイクロリットルの抗生物質ストックを最初のウェルに追加し、100倍の希釈を生成します。順番に、各列の最初のウェルから最後から2番目のウェルまで、200マイクロリットルの細菌-抗生物質溶液を各ウェルに移し、各移し替えの後に2〜3回ピペッティングして適切な混合を確保します。最後の200マイクロリットルの細菌-抗生物質溶液を廃棄します。ペニシリンGのブロスマイクロ希釈試験の結果を決定するには、まず、濁度の欠如によって示される目に見える細菌増殖を示さないウェルを見つけます。これらのウェルから、抗生物質濃度が最も低いウェルを特定します。これは、試験した細菌のペニシリンGのMIC値を表しています。ゲンタマイシンのMIC値は、同じアッセイと手法を使用して決定できます。非クロステストの結果を判断するには、ペニシリンGEストリップを含む最初のプレートを収集します。次に、増殖阻害ゾーンが抗生物質ストリップと交差するポイントを決定します。スケールの対応する値は、ペニシリンGとゲンタマイシンの組み合わせのMIC値を表しています。.この例では、MIC 値の組み合わせは 0.064 マイクログラム/ミリリットルです。次に、ゲンタマイシンEストリップを含む2番目のプレートを回収し、前に示したように組み合わせてMIC値を決定します。組み合わせの効果を評価するには、まず、組み合わせたMICを抗生物質のみのMICで割ることにより、ペニシリンGの分画阻害濃度またはFICを計算します。.ゲンタマイシンについてこのプロセスを繰り返します。.次に、ここに示す式を使用してFICインデックスを計算します。MIC値を2倍に減らすと、FIC指数値は0.5以下になり、ペニシリンGとゲンタマイシンの相乗効果を示します。この場合、計算された FIC 値は 1.18 で、0.5 より大きくなります。したがって、結果は、連鎖球菌群G株に対するペニシリンGとゲンタマイシンとの間の相乗効果を示さない。クロステストの結果を決定するには、まず、成長阻害ゾーンがそれぞれのEストリップと交差するポイントを決定します。この交点に対応する各Eテストストリップの数値を読み取ります。これらの値は、ペニシリンGとゲンタマイシンの組み合わせのMIC値を表しています。.次に、組み合わせの効果を評価するために、ここに示す式を使用してFICインデックスを計算します。この例では、計算された FIC 値は 1.18 で、0.5 より大きい値です。これは、ペニシリンGとゲンタマイシンが連鎖球菌グループG株に対して相乗的に作用しないことを意味します。.

Education

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Microbiology

微生物学

measuring bacterial resistance with e-tests

Measuring bacterial resistance with E-tests helps show how strongly an antibiotic can stop growth. The method is used to find the minimal inhibitory concentration, or MIC, which is the lowest antibiotic level that prevents visible bacterial growth. It is a practical way to study resistance in bacteria and compare how different antibiotics perform.

The E-test uses a plastic strip that contains a built-in antibiotic gradient. The strip is placed on an agar plate that has been inoculated with bacteria, and the MIC scale is printed directly on the strip in micrograms per milliliter. After incubation, an ellipse-shaped zone appears where growth is blocked. The MIC is read where that inhibition zone meets the strip.

A similar MIC method is microbroth dilution. In this approach, bacteria are placed in broth with different antibiotic concentrations. After incubation, the MIC is the lowest concentration that still stops visible growth. This method is quantitative and can be used with several bacteria, although it can require many reagents and careful preparation of the concentrations.

Knowing a bacterium’s resistance profile can help guide treatment choices. It can show whether a patient may benefit from one antibiotic or from a combination. When two antibiotics are used together, they may act in an additive, synergistic, or antagonistic way. Additive means the combined effect matches the effect of each drug at equal dose, while synergy means the combined effect is stronger than either drug alone.

E-tests can also be used to look for synergy and antagonism between antimicrobial agents. One method is non-cross testing. In this setup, one antibiotic strip is first placed on the agar plate, allowed to diffuse, and then removed. A second strip is placed in the same position, with the two MIC values aligned, and the result is used to calculate the fractional inhibitory concentration, or FIC. Values above 0.5 show synergy. This method is simple to read, but it takes more time and uses two plates.

A faster option is the cross test. Here, both E-test strips are placed at the same time in a 90-degree cross, with the known MIC values meeting at the angle. Only one plate is needed, so the method saves work, although the result can be a little harder to analyze. The changed inhibition zones are then used to determine whether the antibiotics act synergistically.

A broth-based approach can also be used for combination testing. It gives more flexibility because specific antibiotic concentrations can be chosen outside the limits of an E-test strip. It may also be more sensitive because the antibiotics are evenly distributed in liquid, rather than relying on diffusion through agar. In this method, wells in a 96-well plate are filled with a set number of bacteria and different antibiotic dilutions, and the MIC is the lowest concentration that prevents visible growth.

Measuring Bacterial Resistance with E-Tests

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creating a winogradsky column: a method to enrich the microbial species in a sediment sample

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Winogradsky Column Microbial Layers and Gradients

A Winogradsky column shows how microbial layers form in mud and water over time. It is a clear, enclosed ecosystem that helps scientists grow sediment microbes that are hard to culture in a test tube or on a petri dish. By keeping conditions close to a microbe’s natural habitat, the column makes it possible to study organisms that help drive Earth’s biogeochemical cycles. The column is built from pond or wetland sediment mixed with water in a transparent container. Extra sources of carbon,...

serial dilutions and plating: microbial enumeration

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Counting Bacteria with Dilution Plates

Counting bacteria with dilution plates helps microbiologists estimate how many cells are in a sample. Because bacteria can grow quickly and may be hard to count directly, serial dilution and plating make the concentration easier to measure. These methods have been used for more than a century to study bacterial and viral loads in clinical, industrial, pharmaceutical, and academic labs. Serial dilution reduces a sample in steps. A small volume of the original solution is moved into a fixed...

enrichment cultures: culturing aerobic and anaerobic microbes on selective and differential medias

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Selective Media for Bacterial Isolation

Selective media help scientists isolate bacteria by supporting some microbes and blocking others. This lab also uses differential media, which reveal a visible chemical trait in the organism being grown. Together, these methods help identify bacteria from mixed samples. Prokaryotic cells live in almost every environment on Earth. They also show wide metabolic diversity, so the growth medium must supply the molecules they need for energy. Some microbes are extremophiles, meaning they live in...

pure cultures and streak plating: isolation of single bacterial colonies from a mixed sample

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Streak Plate Method for Isolating Bacteria

The streak plate method is used to isolate single bacterial colonies from a mixed sample. It helps separate one bacterial type from another so a pure culture can be grown. This is important in both clinical and research settings, where bacteria often grow together in mixed cultures. Pure cultures are needed for later genetic and protein studies. They are also used to check whether a sample is pure and to identify infectious agents from clinical samples. Because different strains can affect...

16s rrna sequencing: a pcr-based technique to identify bacterial species

16s-rrna-sequencing-pcr-based-technique-to-identify-bacterial

Bacterial ID with 16S rRNA Gene Sequencing

Bacterial identification with 16S rRNA gene sequencing helps scientists tell bacterial species apart. It is used in microbial ecology to study biodiversity in environmental samples and in medical microbiology to help diagnose infected patients. Traditional methods include microscopy, growth on specific media, biochemical and serological tests, and antibiotic sensitivity assays. Molecular methods have changed how bacteria are identified. 16S ribosomal RNA (rRNA) gene sequencing is often faster...

growth curves: generating growth curves using colony forming units and optical density measurements

growth-curves-generating-growth-curves-using-colony-forming-units

Bacterial Growth Stages and Cell Counts

Bacterial growth stages and cell counts show how a culture changes over time. This page follows a batch culture as it moves through lag, exponential, stationary, and death phases. It also shows how colony forming units, or CFU, and optical density can be used to measure that growth. Lag phase is the time bacteria need to adjust to a new environment before fast division begins. During exponential phase, cells grow and divide at the fastest rate, and DNA replication, RNA transcription, and...

antibiotic susceptibility testing: epsilometer tests to determine mic values of two antibiotics and evaluate antibiotic synergy

Measuring bacterial resistance with E-tests helps show how strongly an antibiotic can stop growth. The method is used to find the minimal inhibitory concentration, or MIC, which is the lowest antibiotic level that prevents visible bacterial growth. It is a practical way to study resistance in bacteria and compare how different antibiotics perform. The E-test uses a plastic strip that contains a built-in antibiotic gradient. The strip is placed on an agar plate that has been inoculated with...

microscopy and staining: gram, capsule, and endospore staining

microscopy-and-staining-gram-capsule-and-endospore-staining

Bacterial Stains for Cell Walls and Spores

Bacterial stains help scientists see cell walls, capsules, and endospores with a compound light microscope. Many bacteria are hard to tell apart with light alone because they are small, colorless, and can look similar under the lens. Staining makes these hidden features visible and helps identify different bacteria. A compound microscope uses more than one lens to magnify a sample. Its objective lens collects light near the specimen, and the eyepiece enlarges the image. Many compound...

plaque assay: a method to determine viral titer as plaque forming units (pfu)

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Phage Plaque Test for Counting Viruses

Bacteriophages, or phages, are viruses that infect prokaryotic cells. The plaque assay is a classic way to count these viruses by measuring viral titer, which is the amount of virus in a sample. It was first described in 1952 and is still one of the most reliable methods for determining viral titer. Phages were identified in the early 20th century by Twort and d'Hérelle. They have since been recognized for their therapeutic value and for their role in human and global ecosystems. Interest in...

transformation of e. coli cells using an adapted calcium chloride procedure

transformation-e-coli-cells-using-an-adapted-calcium-chloride

Calcium Chloride DNA Uptake in E. coli

Calcium chloride treatment can help E. coli take up foreign DNA. This chemical transformation method is used in molecular biology to move a plasmid into bacterial cells and then identify the cells that received it. The protocol described here uses chemically competent E. coli DH5α cells and the plasmid pUC19 to measure transformation efficiency. Bacteria can exchange genetic material through horizontal gene transfer. The three main routes are transformation, transduction, and conjugation.

conjugation: a method to transfer ampicillin resistance from donor to recipient e. coli

conjugation-method-to-transfer-ampicillin-resistance-from-donor-to

Bacterial Gene Transfer by Conjugation in E. coli

Bacterial conjugation is a form of horizontal gene transfer in E. coli that moves DNA from one cell to another through direct contact. It was first discovered by Lederberg and Tatum in 1946. Unlike transformation or transduction, conjugation is a natural, one-way transfer of DNA from a donor cell to a recipient cell. This process can increase bacterial genetic diversity. It is often described as a type of bacterial mating. It has also helped drive the spread of antibiotic-resistant bacteria.

phage transduction: a method to transfer ampicillin resistance from donor to recipient e. coli

phage-transduction-method-to-transfer-ampicillin-resistance-from

Using P1 Phage to Move Antibiotic Resistance in E. coli

Bacteriophage transduction moves DNA between bacteria by using a phage, or bacterial virus, as the carrier. In this process, a phage can deliver genetic material from one bacterium to another. The method is a form of horizontal gene transfer and is important in both bacterial evolution and laboratory genetics. Phages were first described in the early 1900s, and transduction was named in 1951 by Norton Zinder and Joshua Lederberg. The transcript describes two main phage classes. Lytic phages...

microbiology

このコレクションは、適切な滅菌技術と播種、選択培地の使用方法と試料の濃縮方法、混合または純粋試料の培養方法など、微生物学研究の主要なツールを示しています。さらに、微生物分離株を同定するための一般的な方法、および細菌の遺伝子操作の手順についても説明します。

Learn how E-tests and microbroth dilution measure MIC values, and how cross and non-cross setups reveal antibiotic synergy in bacteria.

Measuring Bacterial Resistance with E-Tests | JoVE K12

Georgia Standards of Excellence

9-12

Biology

SB6.e

Anna Bläckberg

Rolf Lood

Department of Clinical Sciences Lund, Division of Infection Medicine, Biomedical Center

Lund University

Concepts

Preparation of Plates and Bacteria

Determining MIC Using E-Test

Synergy Testing: Cross Approach

Synergy Testing: Non-Cross Approach

MIC Determination Using Broth Dilution

Data Analysis: Broth Microdilution

Data Analysis and Results: Synergy Testing

Nucleic Acids and Nucleotides

Nucleic acids are the most important macromolecules for the continuity of life. They carry the cell&#39;s genetic blueprint and have instructions for its ...

Nucleic Acid Structure

The pentose sugar in DNA is deoxyribose, while in RNA the pentose sugar is ribose. The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group ...

DNA Base Pairing

Erwin Chargaff&#x2019;s rules on DNA equivalence paved the way for the discovery of base pairing in DNA. Chargaff&#x2019;s rules state that in a ...

From DNA to Protein

The flow of genetic information in cells from DNA to mRNA to protein is described by the central dogma, which states that genes specify the sequence of ...

The DNA Helix

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the genetic material responsible for passing traits from generation to generation in all organisms and most viruses. DNA ...

The Central Dogma

The central dogma explains the flow of genetic information from DNA nucleotides to the amino acid sequence of proteins.
RNA is the Missing Link Between ...

Genomic DNA in Prokaryotes

The genome of most prokaryotic organisms consists of double-stranded DNA organized into one circular chromosome in a region of cytoplasm called the ...

Genomic DNA in Eukaryotes

Eukaryotes have large genomes compared to prokaryotes. To fit their genomes into a cell, eukaryotic DNA is packaged extraordinarily tightly inside the ...

Overview

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the genetic material responsible for passing traits from generation to generation in all organisms and most ...

DNA Packaging

Overview

Eukaryotes have large genomes compared to prokaryotes. In order to fit their genomes into a cell, eukaryotes must pack their DNA tightly inside ...

RNA Structure

Overview
The basic structure of RNA consists of a five-carbon sugar and one of four nitrogenous bases. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

RNA Stability

Intact DNA strands can be found in fossils, while scientists sometimes struggle to keep RNA intact under laboratory conditions. The structural variations ...

pre-mRNA Processing

In eukaryotic cells, transcripts made by RNA polymerase are modified and processed before exiting the nucleus. Unprocessed RNA is called precursor mRNA or ...

Types of RNA

Overview
Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs ...

DNA as a Genetic Template

What is Gene Expression?

A gene is a stretch of DNA that serves as the blueprint for functional RNAs and proteins. Since DNA is comprised&#160; of nucleotides and proteins are ...

Transcription

Transcription is the synthesis of RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. ...

Translation

Translation is the process of synthesizing proteins from the genetic information carried by messenger RNA (mRNA). Following transcription, it constitutes ...

Ribosomes

Ribosomes translate genetic information encoded by messenger RNA (mRNA) into proteins. Both prokaryotic and eukaryotic cells have ribosomes. Cells that ...

tRNA Activation

Initiation of Translation

Termination of Translation

What are Cells?

Cell Diversity

The concept of a cell started with microscopic observations of dead cork tissue by Robert Hooke in 1665. Hooke coined the term &#34;cell&#34; based on the ...

Cells of the Epidermis

The epidermis is made of four or five layers of epithelial cells, depending on its location in the body. From deep to superficial, these layers are the ...

Bone Cells and Tissue

Bones contain a relatively small number of cells entrenched in a matrix of organic and inorganic components. Although bone cells compose only a small ...

Gross Anatomy of Skeletal Muscles

The connective tissues play a significant role in arranging the muscle fibers into a hierarchical structure that forms a complete muscle. Consider a ...

Structure of Cardiac Muscles

Cardiac muscle, or myocardium, is a specialized type of muscle found exclusively in the heart. Its unique structural and functional characteristics enable ...

structure-and-organization-of-smooth-muscles

Structure and Organization of Smooth Muscles

In the human body, smooth muscle tissue is found lining the visceral and tubular organs such as the liver, lungs, blood vessels, and respiratory tract.
...

Chromosome Replication

Before a cell can divide, it must accurately replicate all of its chromosomes, including the DNA and its associated histone and non-histone ...

Neurons: The Cell Body and the Dendrites

A typical nerve cell comprises three main components: the cell body, dendrites, and the axon. The cell body, also known as the soma or perikaryon, serves ...

Lampbrush Chromosomes

In 1882, Flemming observed lampbrush chromosomes (LBC) in salamander eggs. Later in 1892, R&#252;ckert observed LBCs in shark egg cells and coined the ...

Neurons: The Axon

The axon is a long, thin extended portion of the neuron that carries impulses from its cell body toward the effector cell.
Axoplasm, the axon&#39;s ...

Polytene Chromosomes

Polytene chromosomes are giant interphase chromosomes with several DNA strands placed side by side. They were discovered in the year 1881 by Balbiani in ...

Nervous Tissue: Neuron Types

Neurons, the fundamental units of the nervous system, can be classified based on both their structural and functional characteristics.
Structurally, ...

Euchromatin

The extent of chromatin compaction can be studied by staining chromatin using specific DNA binding dyes. Under the microscope, the dense-compacted regions ...

Nervous Tissue: Glial Cells

Glial cells or neuroglia are non-neuronal cells in the nervous system that outnumber neurons. These include astrocytes, oligodendrocytes, microglia, and ...

Heterochromatin

Lymphoid Cells and Tissues

Lymphoid cells and lymphoid tissues are the two major components of lymphoid organs.
Lymphoid cells consist of immune system cells such as B and T ...

chromatin-position-affects-gene-expression

Chromatin Position Affects Gene Expression

Chromatin is the massive complex of DNA and proteins packaged inside the nucleus. The complexity of chromatin folding and how it is packaged inside the ...

Two structural features of the DNA molecule provide a basis for the mechanisms of heredity: the four nucleotide bases and its double-stranded nature. The ...

Organization of Genes

Chromosome Structure

A functional eukaryotic chromosome must contain three elements: a centromere, telomeres, and numerous origins of replication.
The centromere is a DNA ...

Construct an explanation based on evidence for how the structure of DNA determines the structure of proteins which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells. Emphasis is on the conceptual understanding that DNA sequences determine the amino acid sequence and thus protein structure. Students can produce scientific writing, or presentations, and/or physical models that communicate constructed explanations.

HS-LS1-1

Characteristics of Life

Biology is a natural science that studies life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, ...

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Levels of Organization

Biological organization is the classification of biological structures, ranging from atoms at the bottom of the hierarchy to the Earth&#x27;s biosphere. ...

The Scientific Method

The scientific method is a detailed, empirical problem-solving process used by biologists and other scientists. This iterative approach involves ...

Taxonomy

Taxonomy is the science of defining and naming groups of biological organisms based on shared characteristics. It uses a hierarchy of increasingly ...

Phylogeny

Phylogeny is concerned with the evolutionary diversification of organisms or groups of organisms. A group of organisms with a name is called a taxon ...

Develop and use a model to illustrate the hierarchical organization of interacting systems that provide specific functions within multicellular organisms. Emphasis is on functions at the organism system level such as nutrient uptake, water delivery, or organism movement in response to neural stimuli. An example of an interacting system could be an artery depending on the proper function of elastic tissue and smooth muscle to regulate and deliver the proper amount of blood within the circulatory system.

HS-LS1-2

Overview of Metabolism

Living cells constantly carry out various chemical reactions which are necessary for their proper functioning. These reactions are interlinked to one ...

Regulation of Metabolism

Cellular needs and conditions vary from cell to cell and change within individual cells over time. For example, the required enzymes and energetic demands ...

Positive and Negative Feedback Loops

Animal organs and organ systems constantly adjust to internal and external changes through a process called homeostasis (&#34;steady state&#34;). Examples ...

Functions of Life

Human life is characterized by a variety of functions that are essential for survival and well-being. These functions include metabolism, movement, ...

Requirements for Human Life

The Earth and its atmosphere have provided humans with air, water, and food, but these are not the only requirements for survival. Humans also require a ...

What is Homeostasis?

Maintaining homeostasis requires that the body continuously maintain its internal conditions. Each physiological condition has a particular set point, ...

Negative and Positive Feedback

Homeostatic Imbalance

Homeostasis is the maintenance of a stable internal environment within the body, which is crucial for the proper functioning of cells, tissues, organs, ...

Plan and conduct an investigation to provide evidence that feedback mechanisms maintain homeostasis in living organisms. Examples of investigations could include heart rate responses to exercise, stomate responses to moisture and temperature, root development in response to water levels, or cell response to hypertonic and hypotonic environments.

HS-LS1-3

Measuring Bacterial Resistance with E-Tests

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