여기에서 우리는 황화비스무트(BS) 침전에 사용되는 수정된 프로토콜로 황화수소 생성 박테리아를 검출하는 프로토콜을 제시합니다. 이 방법의 주요 장점은 평가하기 쉽고 특수 장비가 필요하지 않다는 것입니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
이 논문에서
요약
초록
황화수소(H2S)는 인체 건강에 중요한 역할을 하는 황 함유 아미노산과 단백질의 단백질 분해에서 박테리아에 의해 생성되는 독성 가스입니다. H2S 생산 시험은 중요한 박테리아 생화학 적 동정 시험 중 하나입니다. 전통적인 방법은 지루하고 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 황 함유 매질에서 중금속 염의 독성 효과로 인해 박테리아 성장이 억제되기 쉬워 종종 부정적인 결과를 초래합니다. 여기에서 우리는 박테리아에서 H2S를 검출하는 간단하고 민감한 방법을 확립했습니다. 이 방법은 96웰 투명 마이크로타이터 플레이트를 사용하는 황화비스무트(BS) 침전의 수정된 버전입니다. 세균 배양을 L-시스테인을 함유한 비스무트 용액과 합하여 20분 동안 배양한 후 흑색 침전물이 관찰되었습니다. H2S에 대한 시각적 검출 한계는 0.2mM이었다. 시각적 색상 변화를 기반으로 H2S 생성 박테리아의 간단하고 처리량이 높으며 신속한 검출이 가능합니다. 요약하면, 이 방법은 박테리아에서H2S생산을 확인하는 데 사용할 수 있습니다.
서론
황화수소 생성 박테리아는 황 함유 아미노산과 단백질을 활용하여 황화수소(H2S)를 생성할 수 있습니다. H2S의 생산은 일반적으로 그람 음성 장내 세균과 박테리아 및 시트로박터 종, 프로테우스 종, 에드워시엘라 종 및 셰와넬라 종 1의 구성원에서 발생합니다. 이 박테리아는 에너지를 얻기 위해 황산염을 황화수소(H2S)로 환원시키는 능력이 있습니다. 황화수소는 박테리아 약물 내성의 발달과 관련이 있습니다. H 2 S는 활성 산소 종 (ROS)의 독성으로부터 박테리아를 보호하여 항생제 2,3의 항균 효과를 길항합니다. H2S는 또한 항상성 유지에 중요한 생리학적 효과를 갖는다. 초생리학적 수준에서 H2S는 신체에 심각한 독성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 인체에서 H2S는 다양한 생리 학적 및 병리학 적 과정에 관여하는 가스 신호 분자로서의 또 다른 역할을합니다. H2S는 심장의 수축기 기능을 조절할 수 있으며 혈관을 이완시키고 혈관 리모델링을 억제하며 심근을 보호하는 데 중요한 생리학적 역할을 합니다 4,5. H2S는 또한 신경계와 소화관을 조절하는데 중요한 역할을 한다 6,7. 살균성 항생제에 노출되면 박테리아는 치명적인 활성 산소 종 (ROS)을 생성하여 세포 사멸을 유도한다는 것이 밝혀졌습니다 8,9,10,11.
미생물 실험실 과정에서 일반적인 생화학 적 검사로서 황화수소 검사는 박테리아, 특히 장내 세균과 (Enterobacteriaceae)의 박테리아를 식별하는 중요한 실험입니다. 현재, 황화수소 시험은 일반적으로 시험 할 박테리아를 접종 한 많은 수의 황 함유 아미노산 및 납 아세테이트 배지에 대해 수행됩니다. 배양 기간(2-3일) 후, 결과는 아세트산납 생산으로 인해 배양 배지 또는 아세트산납 종이 스트립이 검게 변하는지 여부를 관찰하여 판단한다11. 그러나 이러한 전통적인 방법은 지루하고 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 황 함유 배지에서 중금속 염의 독성 효과로 인해 박테리아 성장을 억제하는 경향이 있어 종종 부정적인 결과를 초래합니다. H2S12,13의 검출을 위한 비스무트기반 방법이 확립되었다. H2S는 비스무트와 반응하여 흑색 비스무트 황화물 침전을 형성 할 수 있습니다. 이 생화학적 검사에 대한 개혁을 수행하기 위해서는 박테리아 성장에 부작용이 없는 간단하고 빠른 방법을 확립해야 합니다. 여기에서는 황화비스무트를 기질로 사용하여 시험관 내 환경에서 자란 황화수소 생성 박테리아를 96웰 마이크로타이터 플레이트 형식으로 검출하기 위한 간단한 방법을 설정했습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
1. 박테리아 균주
참고: 이 실험을 위해 살모넬라 파라티피 A, 살모넬라 파라티피 B, 푸소박테리움 뉴클레아툼, 엔테로코커스 패칼리스, 황색포도상구균, 녹농균 PAO1, 에어로모나스 하이드로필라 YJ-1, 프로테우스 부이가리스 및 폐렴간균을 포함한 9개의 표준 균주가 사용되었습니다(표 1). 살모넬라 파라티피 A, Fusobacterium nucleatum, Pseudomonas aeruginosa, 및 Proteus vuigaris는 이전 문헌1에 요약된 바와 같이H2S를 생성할 수 있습니다.
- 세균 배양의 준비
- 살모넬라 파라티피 A, 살모넬라 파라티피 B, 엔테로코커스 패칼리스, 황색포도상구균, 녹농균 PAO1, 에어로모나스 하이드로필라 YJ-1 및 폐렴간균의 박테리아 콜로니 1개를 Luria-Bertani(LB) 한천 플레이트에서 LB 배지 100mL로 옮기고 박테리아 농도가 약 1 x 109 cells/mL가 될 때까지 37°C에서 12-16시간 동안 배양합니다(OD600 = 1로 표시됨).
- 트립티카제 대두 배양액(TSB) 한천 플레이트에서 Fusobacterium nucleatum 및 Proteus vuigaris 의 박테리아 콜로니 1개를 TSB 배지 100mL로 옮기고 박테리아 농도가 약 1 x 109 cells/mL가 될 때까지 37°C에서 24시간 동안 혐기성 배양합니다(OD600 = 1로 표시됨).
2.H2S검출 분석
- 황화수소 생산 시험
- 박테리아 배양액 100μL와 새로 제조된 비스무트 용액 100μL(pH 8.0; 10mM 염화비스무트(III), 0.4M 트리에탄올아민-HCl, 20mM 피리독살 5-인산 일수화물, 20mM EDTA 및 40mM L-시스테인)를 96웰 마이크로타이터 플레이트에 혼합하고 37°C에서 20분 동안 배양합니다. 각 박테리아 균주에 대해 분석을 세 번 수행하십시오.
- 20분 후 색상 변화를 확인합니다. 용액의 색이 연한 노란색에서 검은 색으로 변하면 박테리아가 H2S를 생성 할 수 있음을 나타냅니다.이 측정을 3 번 반복하십시오.
- 방법의 민감도
- 상이한 농도의 수황화나트륨(NaHS)을 사용하여 방법의 민감도를 결정한다: 2 mM, 1 mM, 0.8 mM, 0.6 mM, 0.4 mM, 0.2 mM, 0.1 mM 및 0 mM, BS 용액 14와 혼합.
- 검은색 BS 침전물의 형성을 관찰하여 HS-/S2- 의 존재를 결정합니다. 색상 생성 없음(-)에서 가장 어두운 검은색 색상 생성(++++++)까지 시각적 척도를 사용하여 웰의 색상을 채점합니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
황화수소 생성 박테리아 검출
H2S시험의 성능은 표 1에 열거된 바와 같이, 선택된 박테리아 균주의 순수 배양물을 사용하여 조사하였다. 결과는 살모넬라 파라티피 B, 푸소박테리움 뉴클레아툼, 엔테로코커스 패칼리스, 녹농균 및 프로테우스 부이가리스가 검은색 BS 침전물로 H2S를 생성할 수 있는 반면, 살모넬라 파라티피 A, 황색포도상구균, 에어로모나스 하이드로필라 및 폐렴간균은 흑색 침전물을 나타내지 못했다. 가장 빠른 H2S생산은 Fusobacterium nucleatum에서 나타났으며, 최대 색상 생성에 도달했습니다(그림 1).
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
황화수소 생산 시험은 박테리아 균주의 식별 및 분화를위한 기존의 표현형 시험 중 하나입니다. 많은 박테리아 종은 수생수와 같은 자연 환경에서 황화수소를 생성할 수 있습니다. 이러한 박테리아 종에는 살모넬라 종, 시트로박터 종, 프로테우스 종, 슈도모나스 종, 클렙시엘라 종, 대장균의 일부 균주 및 혐기성 클로스트리디아15,16의 일부 종이 포함됩니다. 그러나 전통적인 H2S 테스트 방법의 감도는 낮고 시간이 많이 걸립니다17,18. 전통적인 H2S 시험 배지는 박테리아의 성장에 독성 영향을 미치는 PbAc를 함유하고 있으며, 배양액은 반고체 한천에 펑크 접종됩니다. 배지 하부의 산소 함량...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.
감사의 글
이 연구는 장쑤 고등 교육 기관의 우선 학업 프로그램 개발(PAPD)과 중국 약학 대학의 교육 개혁 연구 프로젝트(2019XJYB18)의 지원을 받았습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 비스무트 (III) 염화물 | Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd | 7787-60-2 | |
| EDTA | Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd | 60-00-4 | |
| Enterococcus faecalis | ATCC | 19433 | |
| 푸소박테리움 핵세포 | ATCC | 25586 | |
| Klebsiella 폐렴 | ATCC | 43816 | |
| L-시스테인 | Amresco | 52-90-4 | |
| 프로테우스 부이가리스 | CMCC | 49027 | |
| Salmonella paratyphi A | CMCC | 50001 | |
| Salmonella paratyphi B | CMCC | 50094 | |
| 포도상구균 아우레우스 | ATCC | 25923 | |
| 트리에탄올아민-HCl | 상하이 알라딘 생화학 기술 Co., Ltd. | 637-39-8 |
참고문헌
- Thompson, L. S. The group of hydrogen sulphide producing bacteria. Journal of Medical Research. 42 (184), 383-389 (1921).
- Ono, K., et al. Cysteine hydropersulfide inactivates β-lactam antibiotics with formation of ring-opened carbothioic s-acids in bacteria. ACS Chemical Biology. 16 (4), 731-739 (2021).
- Mironov, A., et al. Mechanism of H2S-mediated protection against oxidative stress in Escherichia coli. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (23), 6022-6027 (2017).
- Shen, Y., Shen, Z., Luo, S., Guo, W., Zhu, Y. The cardioprotective effects of hydrogen sulfide in heart diseases: From molecular mechanisms to therapeutic potential. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2015, 925167(2015).
- Salloum, F. N. Hydrogen sulfide and cardioprotection-mechanistic insights and clinical translatability. Pharmacology & Therapeutics. 152, 11-17 (2015).
- Wallace, J. L., Wang, R. Hydrogen sulfide-based therapeutics: Exploiting a unique but ubiquitous gasotransmitter. Nature Reviews. Drug Discovery. 14 (5), 329-345 (2015).
- Wu, D., et al. Role of hydrogen sulfide in ischemia-reperfusion injury. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. , 186908(2015).
- Truong, D. H., Eghbal, M. A., Hindmarsh, W., Roth, S. H., O'Brien, P. J. Molecular mechanisms of hydrogen sulfide toxicity. Drug Metabolism Reviews. 38 (4), 733-744 (2006).
- Shatalin, K., et al. Inhibitors of bacterial H2S biogenesis targeting antibiotic resistance and tolerance. Science. 372 (6547), 1169-1175 (2021).
- Frávega, J., et al. Salmonella Typhimurium exhibits fluoroquinolone resistance mediated by the accumulation of the antioxidant molecule H2S in a CysK-dependent manner. The Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 71 (12), 3409-3415 (2016).
- Luhachack, L., Nudler, E. Bacterial gasotransmitters: An innate defense against antibiotics. Current Opinion in Microbiology. 21, 13-17 (2014).
- Yoshida, A., et al. Hydrogen sulfide production from cysteine and homocysteine by periodontal and oral bacteria. Journal of Periodontology. 80 (11), 1845-1851 (2009).
- Basic, A., Blomqvist, S., Carlén, A., Dahlén, G. Estimation of bacterial hydrogen sulfide production in vitro. Journal of Oral Microbiology. 7, 28166(2015).
- Rosolina, S. M., Carpenter, T. S., Xue, Z. L. Bismuth-based, disposable sensor for the detection of hydrogen sulfide gas. Analytical Chemistry. 88 (3), 1553-1558 (2016).
- Barton, L. L., Fauque, G. D. Biochemistry, physiology and biotechnology of sulfate-reducing bacteria. Advances in Applied Microbiology. 68, 41-98 (2009).
- Shatalin, K., Shatalina, E., Mironov, A., Nudler, E. H2S: A universal defense against antibiotics in bacteria. Science. 334 (6058), 986-990 (2011).
- Schnabel, B., Caplin, J. L., Cooper, I. R. Modification of the H2S test to screen for the detection of sulphur- and sulphate-reducing bacteria of faecal origin in water. Water Supply. 21 (1), 59-79 (2021).
- Netzer, R., Ribičić, D., Aas, M., Cavé, L., Dhawan, T. Absolute quantification of priority bacteria in aquaculture using digital PCR. Journal of Microbiological Methods. 183, 106171(2021).
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
