May 2nd, 2018
抗生物質耐性の進化でマルチコピー プラスミドの役割をテストするための実験方法をご紹介します。
この実験方法の全体的な目標は、抗生物質耐性の進化におけるマルチコピープラスミドの役割を検証することです。この方法は、細菌のイノベーションの進化におけるマルチコピープラスミドの役割など、微生物学の分野における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、基本的な分子生物学的手法と簡単な実験計画のみを必要とすることです。
めちゃくちゃカッコイイです。まず、方程式側ATTBのラムダファージの染色体に抗体耐性遺伝子を運ぶ大腸菌MG1655株を構築します。そのためには、ATTB部位の両側にある500塩基パラロン領域をPCRで増幅します。
次に、PCRは抗生物質耐性遺伝子を増幅します。次に、等温アセンブリを摂氏50度で30分間使用して、相同領域をPCR産物に融合させます。等温組み立て後、製品の1マイクロリットルを40マイクロリットルの電気コンピテントMG1655セルに2ミリメートルキュベットに移します。
次に、セルを摂氏4度と2.5キロボルトでエレクトロポレートします。エレクトロポレーション後、細胞を0.2%アラビノースを含む1ミリリットルのLBブロスに移します。次に、細胞を含むLBブロスをマイクロチューブにピペットで移します。
チューブを摂氏30度で2時間激しく振ってください。2時間後、LB寒天プレートに100マイクロリットルの培養物をプレート化し、抗生物質を補充します。次に、残りのセルをスピンダウンします。
そして、ペレットを100マイクロリットルの新鮮なLBブロスに再懸濁します。これらの細胞を別のLB寒天プレートに再播種します。次に、プレートを摂氏42度で一晩インキュベートします。
翌日、PCRはクローンを増幅し、外部プライマーybhC externおよびybhB externを使用してコンストラクトを検証します。次に、アガロースシェル電気泳動によりアンプリコンのサイズを確認します。並行して、挿入された遺伝子の配列を確認するためにDNAシーケンシングを実施します。
マルチコピープラスミドに抗体耐性遺伝子を運ぶ株を構築するには、まず抗生物質耐性遺伝子blaTEM-1をPCR増幅します。PCR終了後、T4ポリヌクレオチドキナーゼを用いて増幅産物をリン酸化します。次に、ハイフィデリティポリメラーゼおよびオリゴヌクレオチドであるPBAD FINVおよびPBAD RINVを使用して、PBADプラスミド骨格をPCR増幅します。
次に、T4リガーゼを使用して2つのPCRフラグメントをライゲーションします。次に、40マイクロリットルのDH5アルファ細胞を1マイクロリットルのライゲーション産物でエレクトロポレートします。次に、寒天プレート上の抗生物質耐性遺伝子とプラスミド骨格に適した抗生物質を選択します。
次に、製造元の指示に従って、DNA抽出キットを使用してプラスミド抽出を行います。次に、進化実験の前に、目的の耐性遺伝子のサンガーシーケンシングを行い、可能な突然変異がないことを確認します。配列の検証後、大腸菌MG1655株のプラスミドをエレクトロポレートして、最終的にMG1655株を運ぶプラスミドを取得します。
このプロトコルの最も重要なステップは、モデルシステム株の構築と、実験的進化中に観察された突然変異の再構築です。まず、LB寒天プレートに目的のMG1655株をスリークします。次に、96ウェルプレートの各ウェルに200マイクロリットルのLB培地を加えます。
次に、プレートの個々のウェルに各株の48の単離コロニーを接種します。接種後、プレートを摂氏37度でシェーカーで毎分200回転で一晩インキュベートします。再度、各ウェルから2マイクロリットルの培養物を創始者集団とともに、個々のウェル内の198マイクロリットルのLB培地を含む新しい96ウェルプレートに接種します。
これが進化的レスキュー実験の始まりです。プレートを摂氏37度でシェーカーにかけ、毎分200回転で20時間インキュベートします。毎日、抗生物質の濃度を前日の2倍にします。
翌日、それぞれの培養物の2マイクロリットルを新鮮な96ウェルプレートに移し、これを毎日続けます。プレートリーダー上の個々のウェルから600ナノメートルでの読み取り光密度を記録します。このプロトコルの重要なステップは、実験的進化と抗生物質の濃度の増加です。
抗生物質濃度の変化速度は、抗生物質耐性の進化を促進するために変更できるパラメーターの1つです。再度、プレートを摂氏37度でシェーカーに載せ、毎分200回転で20時間インキュベートします。次に、プレートリーダーで毎日、生存する各集団について600ナノメートルの光学密度の読み取り値を測定します。
個体群を3〜5日ごとに定期的に凍結します。進化した集団から全DNAを抽出し、異なる系統や処理からクローンを抽出します。次に、分光光度計で260:280および260:230ナノメートルの吸光度比を測定し、DNAの品質を決定します。
次に、蛍光DNA結合色素を使用し、プレートリーダーで蛍光を測定してDNAの濃度を確認します。さらに、DNAをアガロースゲル電気泳動にかけ、DNAの分解やRNAの汚染がないことを確認します。次に、全集団および個々のクローンから得られたサンプルを用いてディープDNAシーケンシングを行い、抗生物質耐性の遺伝的基盤を研究します。
この研究は、3つの大腸菌株を使用した実験システムの可能な結果の一例です。これらの株は、大腸菌MG1655、染色体MG1655 resAの耐性遺伝子を持つMG1655、およびマルチコピープラスミドMG1655 pRESAの耐性遺伝子を持つMG1655です。使用される抗生物質はセフタジジムとメロペネムです。
この左のパネルは、セフタジジムの濃度が増加した場合の生存曲線を示しています。プロットから、MG1655 pRESA株の集団のサブセットは、セフタジジム濃度を毎日2倍にした後でも14日を超えて成長できることが明らかです。それどころか、他の菌株は、同様の濃度のセフタジジムにさらされると、8日を超えて生存しません。
しかし、同じ菌株でも、別の抗生物質であるメロペネムの同濃度に曝露された場合、生存期間に有意差は見られません。3つの株はすべて、メロペネムにさらされたときに6〜8日しか生存しません。これは、マルチコピープラスミドに遺伝子resAが存在すると、セフタジジムに対する耐性の進化が増強されるが、メロペネムに対する耐性の進展は増強されないことを示しています。.
一度習得すると、適切に行えば、完全な実験プロトコルを数週間で実行できます。このビデオを見れば、細菌のイノベーションの進化におけるマルチコピープラスミドの役割をどのように調査すべきかを十分に理解できるはずです。
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この記事では、抗生物質耐性進化における多重コピープラスミドの役割を調査する実験的手法を提示します。この手法は、細菌の革新に関する微生物学の重要な問題に対処するように設計されています。
Understanding how multicopy plasmids accelerate the evolution of antibiotic resistance genes is critical for de-risking early anti-infective discovery and portfolio triage. This experimental system enables direct interrogation of gene copy number effects on resistance acquisition, informing predictive models of bacterial adaptation. The approach supports strategic decision-making at the intersection of target validation and resistance mechanism assessment.
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven testing of resistance gene evolution and supporting downstream screening and analytics.