여기에 제시된 것은 환경에서 직접 미생물 행동의 연구를 가능하게 하는 최근 개발된 미세 유체 장치인 시투 화학분석분석의 프로토콜이다.
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여기에 제시된 것은 환경에서 직접 미생물 행동의 연구를 가능하게 하는 최근 개발된 미세 유체 장치인 시투 화학분석분석의 프로토콜이다.
운동성 및 화학 요법과 같은 미생물 행동 (화학 적 그라데이션에 대한 응답으로 움직임을 변경하는 세포의 능력)은 세균 및 고고학 도메인에 걸쳐 널리 퍼져 있습니다. 화학 요법은 이기종 환경에서 상당한 자원 획득 이점을 초래할 수 있습니다. 또한 생지구화학적 사이클링과 같은 공생 상호 작용, 질병 및 글로벌 프로세스에서 중요한 역할을 합니다. 그러나, 현재 기술은 실험실에 화학 요법 연구를 제한하고 필드에 쉽게 적용되지 않습니다. 여기에 제시된 현장 화학 요법 분석(ISCA)의 배치를 위한 단계별 프로토콜이며, 이는 자연 환경에서 직접 미생물 화학요법의 강력한 심문을 가능하게 하는 장치이다. ISCA는 관심 있는 화학물질을 적재할 수 있는 20개의 웰 어레이로 구성된 미세 유체 장치입니다. 일단 수성 환경에 배치되면, 화학 물질은 우물밖으로 확산되어 미생물이 화학 요법을 통해 우물로 수영하여 감지하고 반응하는 농도 그라데이션을 만듭니다. 상기 웰 함량은 유동 세포측정을 통해 특정 화합물에 대한 화학 반응의 강도를 정량화하고, (2) 분리 및 배양 반응성 미생물을 정량화하고, (3) 분자 기술을 통해 반응하는 집단의 정체성과 게놈 잠재력을 특성화하는 데 사용될 수 있다. ISCA는 해양, 담수 및 토양 환경을 포함하여 수성 단계를 갖춘 모든 시스템에 배포할 수 있는 유연한 플랫폼입니다.
다양한 미생물은 연골과 화학요법을 사용하여 영양 환경을 이용하거나, 호스트를 찾거나, 해로운 조건1,,2,,3을피한다. 이러한 미생물 행동은 차례로 화학 적변형의 비율에 영향을 미칠 수 있습니다 4 지상파, 담수, 해양 생태계에 걸쳐 공생 파트너십을 촉진2,,5.
화학 요법은 지난 60 년 동안 실험실 조건에서 광범위하게 연구되었습니다6. 화학을 연구하는 첫번째 정량적인 방법, 모세관 분석, 박테리아 6의 현탁액에 침지된 putative 화학요법제로 채워진 모세관관을 관련시킵니다6. 튜브 에서 화학 물질의 확산은 화학 적 그라데이션을 생성하고, 화학 박테리아는 튜브로 이동하여이 그라데이션에 반응7. 모세관 분석의 개발 이후, 오늘날에도 널리 사용되고 있는 다른 많은 기술은 점점 더 통제되는 물리적/화학적 조건 하에서 화학요법을 연구하기 위해 개발되었으며, 가장 최근에는 미세유체제 의 사용과 관련된8,,9,,10.
미세 유체는 고속 비디오 현미경 검사법과 함께 신중하게 제어된 그라데이션에 대응하여 단일 세포의 동작을 추적할 수 있습니다. 이러한 기술은 화학 요법에 대한 우리의 이해를 크게 향상했지만 실험실 사용으로 제한되었으며 환경 시스템의 현장 배치로 쉽게 변환되지 않습니다. 결과적으로, 자연 생태계 내에서 화학 요법을 사용 하 여 박테리아의 자연 커뮤니티의 용량 검사 되지 않았습니다.; 따라서, 화학 요법의 잠재적 인 생태학적 중요성의 현재 이해는 인공 실험실 조건과 실험실 배양 세균 분리의 제한된 수에 편향된다. 최근 개발 된 ISCA는 이러한 한계를 극복11.
ISCA는 모세관 분석의 일반적인 원리를 기반으로 합니다. 그러나 현대 의 미세 제조 기술을 사용하여 자연 환경에 대한 관심 화합물에 대한 화학 요법의 정량화를 위해 매우 복제되고 쉽게 배포 할 수있는 실험 플랫폼을 제공합니다. 또한 직접적인 격리 또는 분자 기술에 의한 화학적 미생물의 식별 및 특성화를 허용합니다. 첫 번째 작업 장치는 유리 및PDMS(11)로자체 제작 및 제작되었지만, 최신 사출 성형 버전은 고도로 표준화된 제조 절차를 사용하여 폴리카보네이트로 구성됩니다(최신 버전의 장치에 대한 관심으로 해당 작성자는 연락할 수 있음).
ISCA는 신용 카드 크기이며 5 x 4 웰 어레이에 분포된 20개의 우물로 구성되어 있으며, 각 우물은 작은 포트(직경 800 μm)에 의해 외부 수생 환경에 연결됩니다. 그림 1). 우물에 적재된 처제 화학물질은 항구를 통해 환경으로 확산되고, 항만을 통해 우물로 수영하여 화학물질 미생물이 반응한다. 자연 환경에서 ISCA 실험의 결과에 영향을 줄 수 있는 많은 요인이 발생할 수 있는 이 단계별 프로토콜은 새로운 사용자가 잠재적인 장애물을 극복하고 효과적인 배포를 용이하게 하는 데 도움이 됩니다.
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결과를 최적화하기 위해 현장 실험 전에 섹션 1을 실행하는 것이 좋습니다.
1. 실험실 최적화
참고: 최적화 절차에 설명된 볼륨은 단일 ISCA(20개의 우물로 구성된)에 충분합니다.
2. 현장 배치 준비
참고: 유동 감쇠 인클로저(섹션 2)의 재료 준비 및 시공은 배포 전에 수행해야 합니다.
3. 현장의 절차
4. 다운스트림 애플리케이션
참고: 볼륨은 550 μL 샘플(ISCA의 한 행)을 기준으로 제공됩니다.
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이 섹션에서는 ISCA를 이용하여 토양박테리아(14)를유치하는 것으로 알려진 아미노산인 글루타민의 농도 범위에 대한 해양 미생물의 화학 반응을 시험하는 실험실 결과를 제시한다. 실험실 테스트에서 가장 강력한 화학 반응을 유도한 글루타민의 농도는 해양 환경에서 화학 분석법을 수행하는 데 사용되었습니다.
실험실 테스트를 수행하기 위해 호주 시드니의 해안 물에서 샘플링 된 해수 지역 사회는 1.4 단계에서 설명 된 간단한 영양소 수정4를통해 motile 세포에 농축되었습니다. 글루타민은 10mM에서 100 μM에 이르는 최종 농도를 얻기 위해 초여과 된 해수로 연속적으로 희석되었다. 1h 전개 후, 각 ISCA 행의 내용(동일한 글루타민 농도 포함)은 약 550μL의 작업 샘플을 제공하기 위해 풀링되었다. 이 부피는 글루타랄데히드(2% 최종 농도)로 고정되었으며, 유동 세포측정을 통해 정량화된 반응균...
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수생 미생물의 규모에서, 환경은 균질과는 거리가 멀며 종종 미생물 공동체1,15를구성하는1물리적/ 화학적 그라데이션을 특징으로 한다. 모틸성 미생물의 용량은 거동(즉, 화학요법)을 사용하여 이러한 이질적인 미생물 환경1내에서 포징을 용이하게 한다. 환경에서 직접 화학 요법을 연구하는 것은 중요한 상호 작용 및 화학 적 선호도를 식별 할 수있는 잠재력을 가지고 있으며, 이것은 생지구 화학 적 공정에 특정 미생물의 기여를 풀어 내는 데 도움이 될 수 있습니다. 제시된 프로토콜은환경(11)에 ISCA를 배포하여 시상에서 화학요법에 대한 재현 가능한 연구의 수집을 용이하게 합니다.
ISCA를 사용 하 여, 글루타민 실험실 조건 및 현장에서 모두 긍정적인 화학 반응을 유도 표시 됩니다. 현장에서 글루...
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저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.
이 연구는 고든과 베티 무어 재단 해양 미생물학 이니셔티브에 의해 부분적으로 투자되었다, J.R.S.와 R.S.에 GBMF3801을 부여를 통해, 그리고 조사자 상 (GBMF3783) R.S.에, 뿐만 아니라 J.B.R.에 호주 연구 위원회 펠로우십 (DE160100636), B.S.L. (594111)에 시몬스 재단에서 상, 사이먼스 재단 (542395)에서 R.S.에 대한 보조금 (프리메) 협력의 일환으로.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 아크릴 접착제 | Evonik | 1133 | Acrifix 1S 0116 |
| 아크릴 시트 | McMaster-Carr | 8505K725 | 또는 다른 회사 |
| 접착 테이프 | 스카치 | 3M 810 | 스카치 매직 테이프 |
| 오토클레이브 | Systec | D-200 | 또는 다른 회사 |
| 벤치탑 원심 분리기 | Fisher Scientific | 75002451 | 또는 다른 회사 |
| 번지 코드 | Paracord Planet | 667569184000 | 또는 다른 회사 |
| 원심분리기 튜브 - 2 mL | Sigma Aldrich | BR780546-500EA | Eppendorf 튜브 |
| 원추형 원심분리기 튜브 - 15 mL | Fisher Scientific | 11507411 | Falcon tube |
| 원추형 원심분리기 튜브 - 50 mL | Fisher Scientific | 10788561 | Falcon tube |
| 배포 암 | Irwin | 1964719 | 또는 다른 회사 |
| 배포 인클로저 플러그 | Fisher Scientific | 21-236-4 | 원고에서 대안 보기 |
| 일회용 와이퍼 | Kimtech - Fisher Scientific | 06-666 | Kimwipes |
| 유세포 분석기 | Beckman | C09756 | CYTOFlex |
| 글루타르알데히드 25% | Sigma Aldrich | G5882 | 또는 다른 회사 |
| 녹색 형광 염료 | Sigma Aldrich | S9430 | SYBR Green I - 1:10,000 최종 희석 |
| 친수성 GP 필터 카트리지 - 0.2 µ m | Merck | C3235 | Sterivex filter |
| In Situ Chemotaxis Assay (ISCA) | - | - | 연락처 교신저자 |
| cutter | Epilog Laser | Fusion pro 32 | 또는 다른 회사 |
| Luria Bertani Broth | Sigma Aldrich | L3022 | 또는 다른 회사 |
| Marine Broth 2216 | VWR | 90004-006 | Difco |
| Nylon 슬롯이 있는 플랫 헤드 스크류 | McMaster-Carr | 92929A243 | M 2 × 4 × 8 mm |
| 피펫 세트 | Fisher Scientific | 05-403-151 | 또는 다른 회사 |
| 피펫 팁 - 1 mL | Fisher Scientific | 21-236-2A | 또는 다른 회사 |
| 피펫 팁 - 20 µ L | Fisher Scientific | 21-236-4 | 또는 다른 회사 |
| 피펫 팁 - 200 &마이크로; L | Fisher Scientific | 21-236-1 | 또는 다른 회사 |
| 바다 소금 | Sigma Aldrich | S9883 | 인공 해수 |
| 혈청학 피펫 - 50 mL | Sigma Aldrich | SIAL1490-100EA | 또는 다른 회사 |
| 주사기 필터 - 0.02 &마이크로; m | Whatman | WHA68091002 | Anatop 필터 |
| 주사기 필터 - 0.2 &마이크로; m | Fisher Scientific | 10695211 | 또는 다른 회사 |
| 주사기 바늘 27G | Henke Sass Wolf | 4710004020 | 0.4 × 12 mm |
| 주사기 - 1 mL | Codau | 329650 | Insulin Luer U-100 |
| 주사기 - 10 mL | BD | 303134 | 또는 다른 회사 |
| 주사기 - 50 mL | BD | 15899152 | 또는 다른 회사 |
| 튜브 랙 - 15 mL | Thomas Scientific | 1159V80 | 또는 다른 회사 |
| 튜브 랙 - 50 mL | Thomas Scientific | 1159V80 | 또는 다른 회사 |
| 코팅되지 않은 고속강 범용 탭 | McMaster-Carr | 8305A77 | 또는 다른 회사 |
| 진공 필터 - 0.2 &마이크로; m | Merck | SCGPS05RE | 스테리톱 필터 |
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