本方法論文では、細菌の持続性に大きな影響を与える浸透性物質などの化合物を同定するためのハイスループットスクリーニング戦略を紹介する。
本方法論文では、細菌の持続性に大きな影響を与える浸透性物質などの化合物を同定するためのハイスループットスクリーニング戦略を紹介する。
細菌のパーシスターは、高濃度の抗生物質を容認する能力を有する表現型変異体の小さな亜集団として定義される。彼らは再発性慢性感染症に関連付けられているので、彼らは重要な健康上の懸念です。ストレス関連機構の確率的かつ決定論的なダイナミクスは持続性において重要な役割を果たしていることが知られているが、持続性状態との間でのフェロティピック切り替えの根底にあるメカニズムは完全には理解されていない。環境シグナルによって引き起こされる持続性因子(例えば、炭素、窒素、酸素源の枯渇)は広範囲に研究されているが、浸透性に及ぼす浸透率は未だ決定されていない。マイクロアレイ(すなわち、様々な化学物質を含む96ウェルプレート)を用いて、様々な浸透量体が 大腸菌 持続性に及ぼす影響を高スループットで解明するアプローチを設計しました。このアプローチは、薬物パネルや遺伝子ノックアウトライブラリなどの他のスクリーニングアレイに容易に適応できるため、変革的です。
細菌培養は、異常に高いレベルの抗生物質に対して一時的に耐性があるパーシスター細胞の小さな亜集団を含む。パーシスター細胞は、抗生物質感受性の親族と遺伝的に同一であり、その生存は一過性の増殖阻害に起因する1。パーシスター細胞はグラディスホビー2によって最初に発見されたが、ペニシリン処理ブドウ球菌培養3でそれらを同定したときにジョセフ・ビガーによって最初に使用された。Balabanら4が発表した精巧な研究では、主に定常相を通過して形成されるタイプI変異体と、指数成長の間に連続的に生成されるII型の2つのパーシスタータイプが発見された。パーシスターは、抗生物質治療中に様々な間隔で培養サンプルを採取し、洗浄し、典型的な成長培地上でメッキし、抗生物質の不在時にコロニー形成できる生き残った細胞を数えるクロノジェニック生存アッセイによって検出される。細胞培養におけるパーシスターの存在は、初期指数崩壊が抗生物質感受性細胞の死を示す二額殺し曲線4、5によって評価される。しかし、殺死傾向は時間の経過とともに減少し、最終的には生き残ったパーシスター細胞を表す高原領域につながる。
パーシスター細胞は、結核6、嚢胞性線維症7、カンジダ症8および尿路感染症9などの様々な疾患に関連している。これまでに試験されたほとんどすべての微生物が、結核菌の高病原性抗酸菌6、黄色ブドウ球菌10、緑膿菌7およびカンジダ・アルビカンス8を含むパーシスター表現型を生成することが判明した。最近の研究はまた、パーシスター亜集団11、12からの多剤耐性変異体の上昇の証拠を提供する。この分野での多くの努力は、持続性メカニズムが非常に複雑で多様であることを明らかにしました。SOS応答13、14、活性酸素種(ROS)15、毒素/抗毒素(TA)系16、オートファジーまたは自己消化17およびppGpp関連ストリンジェント応答18に関連する確率的および決定的因子の両方が、パーシスター形成を促進することが知られている。
持続性表現型の理解において有意な進歩を遂げたにもかかわらず、浸透性の細菌性持続性に及ぼす影響は十分に理解されていない。最適な浸透圧の維持は細胞の成長、適切な機能および生存のために必要であるため、浸透圧の詳細な研究は、抗姉妹戦略の潜在的な標的につながる可能性がある。面倒な、ハイスループットスクリーニングは、持続性表現型19、20において重要な役割を果たす代謝産物および他の化学物質を同定するための非常に効果的なアプローチである。本研究では、マイクロアレイ、すなわち、各種浸透量体(例えば、塩化ナトリウム、尿素、亜硝酸ナトリウム、塩化カリウム)を含む96個のウェルプレートを用いた、大腸菌の持続性に大きな影響を与える浸透性を同定する方法19を紹介する。
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1. 成長培地、フロキサシン溶液、 大腸菌 細胞株の調製
2. 既存のパーシスターを排除する細胞の伝播
3. 既存のパーシスター細胞の排除の検証
4. マイクロアレイプレートスクリーニング
5. 特定された条件の検証
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図 1 は、実験プロトコルについて説明しています。希釈/成長サイクル実験(プロトコル2参照)は、一晩培養に由来するパー シスターを排除するためにKerenらら5によって行われた研究から適応した。 図2A は、OFX処理前後の細胞培養のCFUレベルを決定するために用いられる寒天プレートの代表的な画像である。これらの実験では、細胞をステップ4.2に記載した半分面積96ウェルプレート内の浸透量体を用いて改変LB培地で培養した。24時間軌道シェーカーでプレートをインキュベートした後、パーシスターアッセイは、一般的なフラットボトム96ウェルプレートを用いて行った(ステップ4.3参照)。ここでテストされている浸透病と濃度は、我々の前の研究に基づいて選択されました19我々は異なる濃度で様々な浸透金を含むPM-9プレートを使用してステップ4.1と4.3を実行しました (塩化ナトリウム, 塩化カリウム, 硫酸ナトリウム, エチレングリコール,...
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ここで説明する高スループットパーシスターアッセイは、大 腸菌 の持続性に対する様々な化学物質の影響を解明するために開発されました。商用PMプレートに加えて、マイクロアレイはステップ4.2で説明されているように手動で構築することができます。さらに、ここで提示されるプロトコルは柔軟性があり、96ウェルプレート形式の薬物パネルや細胞ライブラリなどの他のマイクロアレイをスクリーニングするために使用することができます。成長期を含む実験条件、接種速度および培地は、これらのライブラリーを試験するために調整することができる。例えば、慶應 E.大腸菌 ノックアウトコレクション23のようなセルライブラリをスクリーニングしたい場合、まず、マルチチャンネルピペットを使用して、新鮮な培地を含む96のウェルプレートに、ライブラリから株を移すことができる。細胞が望ましい成長期(例えば、指数または定常相)に達すると、細胞は、ノックアウト株のパーシスターレベルを列挙するためにステップ4.3で説明されているようにパーシスターアッセイプレートに移される。同様に、この戦略は、大 腸菌プ...
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著者らは開示するものは何もない。
この研究の中で、オーマン・ラボのメンバーの貴重なインプットに感謝したいと思います。この研究は、NIH/NIAID K22AI125468キャリア移行賞とヒューストン大学のスタートアップ助成金によって資金提供されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 14ml試験管 | フィッシャーサイエンティフィック | 14-959-1B | |
| 大腸菌株 MG1655 | プリンストン大学 | ブライニルセン研究室から取得 | |
| 平底96ウェルプレート | USA Scientific | 5665-5161 | |
| ガス透過性シーリング膜 | VWR | 102097-058 | ガンマ線照射による滅菌済みで、細胞毒素を含まない |
| 半面積平底96ウェルプレート | VWR | 82050-062 | |
| LB 寒天 | フィッシャーサイエンティフィック | BP1425-2 | 分子遺伝学グレード |
| オフロキサシン塩 | VWR | 103466-232 | HPLC ≥97.5 |
| 表現型マイクロアレイ(PM-9およびPM-10) | Biolog | N/A | PM-9およびPM-10プレートには、それぞれ様々な浸透圧と緩衝液が含まれていました |
| 丸底96ウェルプレート | USA Scientific | 5665-0161 | |
| 塩化ナトリウム | Fisher Scientific | S271-500 | 認定 ACSグレード |
| 硝酸ナトリウム | フィッシャーサイエンティフィ | AC424345000 | ACS試薬グレード |
| 亜硝酸ナトリウム | フィッシャー・サイエンティフィ | AAA186680B 純度98% | |
| 角型シャーレ | フィッシャー・サイエンティフィック | ・FB0875711A | |
| トリプトン | フィッシャー・サイエンティフィック | BP1421-500 | 分子遺伝学グレード |
| Varioskan lux マルチモードマイクロプレートリーダー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | VLBL00D0 | 600nm |
| での光学密度測定に使用酵母エキス | フィッシャーサイエンティフィック | BP1422-100 | 分子遺伝学グレード |
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