2017年9月19日
細菌の成長の定量的評価はシステム レベルの現象として微生物生理学の理解に不可欠です。システム生物学への関心のキーの対象は、細菌の増殖の高精度、高スループットの分析を可能にする、実験的操作および分析的なアプローチのためのプロトコルを紹介します。
この実験の全体的な目標は、細菌の増殖をハイスループットで正確に分析することです。この手順を使用すると、複数の培地またはさまざまな菌株を同時に試験できます。この方法は、細胞増殖の決定要因は何かなど、システム生物学および微生物学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。
この手法の主な利点は、研究者が細菌細胞の成長曲線における最大成長率と最大人口密度の全体的なパラメータを正確に評価できることです。この方法はeへの洞察を提供することができますが。大腸菌の増殖は、環境細菌の成長アッセイやスクリーニングなど、他の微生物にも適用できます。
まず、シリコーンゴム栓、ピペット、およびターゲット株を備えた滅菌済みガラス管5本を清潔なベンチに置きます。シリコーンゴムストッパーを開く前に、ガラス管の口をブンゼンバーナーにさらします。チューブを開いた後、シリコンラバーストッパーを炎にさらし、キャップをガラスチューブに軽く戻します。
次に、電動ピペットと使い捨て血清ピペットを使用して、ガラス管の1つに5ミリリットルのM63を追加し、他の4つのチューブに4.5ミリリットルのM63を追加します。p200チップを使用してコロニーを選び、5ミリリットルのM63が入ったガラス管に接種します。チューブを渦巻きにしてサスペンションを作ります。
次に、この溶液の0.5ミリリットルを4.5ミリリットルのM63を含む4本のチューブのいずれかに移すことにより、溶液を10倍に希釈します。残りのチューブについてもこのプロセスを繰り返します。ガラス管の口とシリコーンゴム栓を滅菌した後、栓でチューブをキャップします。
次に、5本のチューブを摂氏37度に予め温めた振とうインキュベーターに入れ、200rpmで振とうします。培養物を一晩または10〜30時間インキュベートします。インキュベーション後、1, 000マイクロリットルのM63をp1000で使い捨てキュベットに加えます。
使い捨てキュベットを分光光度計に入れます。600ナノメートルの固定波長でプログラムを開始し、ブランクを測定します。5本のガラス管を振盪インキュベーターからクリーンベンチに移動します。
使い捨てキュベットからM63を捨て、p1000と同じ使い捨てキュベットに1, 000マイクロリットルの文化を追加します。次に、細胞培養物の光学的濁度を測定します。次に、滅菌した60%グリセロール溶液250μLと選択した細胞培養液750μLを1.5mLのマイクロチューブに加え、ピペッティングで混合します。
残りの9本のマイクロチューブをマイクロチューブスタンドに置き、準備した混合物の100マイクロリットルを各チューブに分注します。ストックは摂氏80度の冷凍庫に保管します。マイクロプレートリーダーをセットアップするには、まずソフトウェアを開き、タスクマネージャーでプロトコルを開き、新規作成を選択します。
次に、標準プロトコルを選択します。手順を開き、設定を調整します。設定温度を開き、インキュベーターをオンにします。
次に、温度を摂氏37度に、勾配を摂氏0度に設定します。次の手順に進む前に、予熱を確認してください。スタートキネティックを開き、実行時間を24分または48分に設定し、その後、インターバルを30分または1時間に設定します。
シェイクを開き、シェイクモードをリニアに設定します。連続的な揺れを確認し、周波数を567cpmに設定します。次に、読み取りを開き、吸光度、エンドポイント/キネティック、モノクロメーターを確認します。
波長を 600 に設定します。最後に、「検証」をクリックして、手順が正しいことを確認します。そして、[保存]をクリックして、将来の使用のために新しいプログラムとして保存します。
成長をリアルタイムで記録するには、滅菌した試薬リザーバーに約25ミリリットルのM63を追加します。次に、900マイクロリットルのM63をマイクロチューブに加えて、段階希釈の準備をします。次に、解凍したグリセロールストックとボルテックスに900マイクロリットルのM63を追加します。
100倍希釈の100マイクロリットルを、900マイクロリットルのM63とボルテックスを含む別のマイクロチューブに移します。必要な希釈数に達するまで、この手順を繰り返します。次に、滅菌した96ウェル平底マイクロプレートの端にあるウェルに、8チャンネルピペットを使用して200マイクロリットルのM63を充填します。
各希釈サンプルの200マイクロリットルを、参照表に従ってマイクロプレートウェルにロードします。加熱や播種効率による層の割り当てを避けるため、マイクロプレートの端にあるウェルをサンプルに使用せず、同じサンプルをマイクロプレート上のさまざまな場所にある複数のウェルにロードしてください。96ウェルマイクロプレートをプレートリーダーに置きます。
今すぐ読んでタスクマネージャーを開き、プログラムを選択します。[OK]をクリックして測定を開始します。最後に、データ解析用の新しい実験ファイルとして記録を保存します。
ここに示されているのは、実験を実行する前に作成された参照テーブルの例です。96ウェルプレート上の接種培養サンプルの位置を示すために、96ウェルプレートのピクトグラムを8×12のテーブルとして描きました。成長率は、OD600 の連続する値のすべてのペアに方程式を適用することによって計算されます。
最大成長率を推定するために、5つの連続する成長率の平均と標準偏差を計算しました。合計60の細胞培養の増殖速度は、表示されたヒートマップとして示されます。白から赤への劣化は、低いものから高いものへの成長率を示します。
一度習得すると、このテクニックは適切かつ順番に実行されれば、数分以内に行うことができます。このビデオを見れば、ハイスループットで細菌の増殖を高精度に測定するために、サンプルを調製してマイクロプレートにロードする方法を十分に理解できるはずです。この手順を試行する際は、低密度の細胞培養を避け、細胞が24時間以内に増殖し始めることを確認するために、実験を行う前に参照テーブルを作成することを忘れないでください。
この手順に続いて、実験操作の自動化や計算解析などの他の方法を実行して、集団伝播の決定要因やダイナミクスなどの追加の質問に答えることができます。その開発後、この技術はシステム生物学と微生物学の分野の研究者に道を開きました。細胞増殖の基本原理を探求し、培地の組成を最適化すること。
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本記事では、微生物の生理学的理解に不可欠な、細菌増殖の高精度かつハイスループットな解析プロトコルを紹介します。この手法を用いることで、複数の培地や異なる菌株の同時試験が可能となり、細胞増殖に影響を与える主要因についての知見を得ることができます。
ハイスループットな細菌増殖解析により、菌株の適応度(fitness)の迅速な評価と培地の最適化が可能となり、抗菌薬探索における初期段階のターゲットバリデーションを支援します。増殖速度と個体群密度の正確な定量化は、微生物学に特化したパイプラインにおいて、リード化合物のリスクを低減するための予測的信頼性を提供します。本手法は、システム生物学およびトランスレーショナル微生物学研究における、スケーラブルで再現性のある表現型スクリーニングへのニーズに応えるものです。
本手法は、初期生物学における仮説検証から、特に抗菌薬およびマイクロバイオーム標的プログラムにおけるリード化合物同定のためのアッセイ調製に至るまでの、創薬の探索的連続プロセスに適合するものです。