이 프로토콜의 목적은 생리 활성 화합물에 의한 쿼럼 감지 억제를 평가하기 위한 프록시로서 Chromobacterium violaceum ATCC 12472에 의한 비올라세인 생산을 정량화하는 것입니다.
방법 논문
이 프로토콜의 목적은 생리 활성 화합물에 의한 쿼럼 감지 억제를 평가하기 위한 프록시로서 Chromobacterium violaceum ATCC 12472에 의한 비올라세인 생산을 정량화하는 것입니다.
박테리아는 쿼럼 감지(QS)라는 시스템을 통해 통신하며, 이를 통해 세포 밀도의 변화에 반응하여 행동을 조정할 수 있습니다. 이 과정에는 일반적으로 자가유도제(AI)라고 하는 작은 세포외 신호 분자의 생산, 분비 및 검출이 포함됩니다. QS는 생물막 형성 및 확산, 군집 운동성, 독성 인자 생성, 항생제 내성, 생물 발광 등 광범위한 유전자와 기능을 조절합니다. QS 억제는 기존 항생제에 비해 낮은 선택압을 발휘하기 때문에 항생제 내성 박테리아에 대한 유망한 항독성 전략이 되었습니다. 박테리아 Chromobacterium violaceum ATCC 12472에서 Aliivibrio fisheri의 LuxI/LuxR형 QS 단백질과 상동인 QS 단백질 CviI/CviR은 보라색 색소 비올라세인 생성을 담당하는 유전자를 포함하여 많은 유전자를 제어합니다. C. violaceum 은 QS 억제 연구, 특히 비올라세인 생산 억제에서 바이오센서 균주로 널리 사용되었습니다. 많은 화합물은 LuxI 또는 LuxR 상동체인 QS 단백질에 결합하여 QS 회로를 방해함으로써 QS를 억제할 가능성이 있습니다. 이 프로토콜은 C. violaceum ATCC 12472에 의해 생산된 비올라세인을 정량화하는 방법과 박테리아 성장에 영향을 미치지 않는 농도의 생리 활성 화합물에 의한 억제를 설명합니다. 여기에 설명된 분석은 테스트된 화합물에 의한 비올라세인 생산의 상당한 감소를 보여줍니다. 이 연구는 QS 억제 연구에서 유망한 후보를 선별하기 위해 이 프로토콜을 사용할 수 있는 가능성을 강조합니다.
박테리아는 QS라는 시스템을 통해 통신할 수 있으며, 이를 통해 세포 밀도의 변화에 반응하여 행동을 조정할 수 있습니다. 이 과정에는 자가유도제라고도 하는 작은 세포외 신호 분자의 생산, 분비 및 검출이 포함되며, 이는 서로 다른 종 간 및 동일한 종 내에서 통신을 가능하게 합니다 1,2.
이 통신은 생물막 형성 및 분산, 운동성 및 접착, 세포 증식, 외효소 및 철단의 합성, 포자 형성, 내산성, 수평 유전자 전달, 항생제 내성, 생물 발광, 외소다당류 생산 등과 같은 유전자 및 기능을 조절할 수 있습니다 3,4,5. QS 조절 표현형의 관련성을 감안할 때 이 세포 통신을 방해할 수 있는 시스템을 개발하는 데 큰 관심이 있습니다. QS 신호의 억제는 쿼럼 소멸(QQ)이라고도 합니다6. QQ는 자가유도제 합성 억제제, 이러한 신호의 효소적 불활성화, 이들 분자에 대한 길항 효과가 있는 분자 등 여러 가지 방식으로 발생할 수 있습니다 4,7.
항생제 내성의 위협이 증가함에 따라 병원균을 직접 죽이지 않고 박테리아 의사소통을 방해하는 쿼럼 감지 억제제(QSI)를 포함한 대체 요법에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 화합물은 항생제와 결합할 때 시너지 효과를 보일 수 있으며, 박테리아 감수성을 향상시키고 항생제 용량을 줄일 수 있으며, 이는 내성 발달을 늦추는 핵심 전략입니다. 예를 들어, 레스베라트롤과 카나마이신은 함께 Aeromonas hydrophila 성장을 지연시키는 반면 8-아세틸시스테인은 토브라마이신과 시너지 효과를 발휘하여 녹농 균 생물막을 파괴합니다5.
항생제 남용과 약물 개발 정체로 인해 QS 억제와 같은 항독성 접근법은 패러다임 전환을 제공합니다9. 생존력을 표적으로 삼는 대신 독성 인자를 표적으로 삼아 박테리아를 덜 해롭게 만들고 숙주 면역이나 항생제에 더 취약하게 만듭니다5. 이 전략은 기존 항생제에 비해 더 약한 선택 압력을 가하여 내성을 최소화하고 유익한 미생물군을 보존합니다10,11. 유망한 실험실 결과에도 불구하고 임상 시험을 통한 실제 검증은 아직 연구되지 않은 상태로 남아 있습니다12. QS 억제는 항생제에 대한 유망한 보완제이지만 실제 적용을 위해서는 복잡한 생물학적 환경에서 효능과 안전성에 대한 추가 증거가 필요합니다.
C. violaceum은 매끄럽고 반짝이는 표면을 가진 보라색 콜로니를 형성하는 베타 프로테오박테리움입니다. 그들은 통성 혐기성 간균이며 포자를 형성하지 않습니다13. C. violaceum의 QS 메커니즘은 단백질 CviI(LuxI와 상동) 및 CviR(LuxR과 상 동; 그림 1). 비올라세인은 곰팡이, 박테리아, 선충류, 바이러스 등 다양한 유기체에 대해 살생물 활성을 나타내며, 특히 인구 밀도가 극도로 높고 영양분이 거의 고갈되는 미생물 고정 성장 단계에서 더욱 그렇습니다. 결과적으로, 비올라세인 생산은 미생물 콜로니의 생존을 연장하기 위한 경쟁 전략으로 간주될 수 있습니다14.
식물은 2차 대사에서 유래한 화합물을 생산하며, 이는 불리한 환경에 적응하는 능력을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 알칼로이드, 페놀, 플라보노이드, 퀴논, 탄닌, 테르펜 및 렉틴과 같은 이러한 대사산물은 초식 동물 및 미생물에 대한 방어 메커니즘으로 널리 인식되고 있습니다15. QSI로서 식물 유래 화합물의 잠재력은 식물과 미생물 간의 역동적인 상호 작용으로 인해 특별한 주목을 받고 있습니다. 뿌리권의 식물-병원체 상호 작용에 대한 연구는 식물이 병원체에 대한 억제제 역할을 할 수 있는 생리 활성 화합물을 분비함으로써 박테리아 자가유도제에 반응할 수 있음을 입증했습니다16.
이 연구에서는 C. violaceum에 의한 비올라세인 생산을 정량화하기 위한 실용적인 방법을 설명하며, 생리 활성 화합물에 의한 비올라세움의 억제에 초점을 맞춥니다. 이 방법은 잠재적인 QSI 활성을 가진 화합물을 선택하기 위한 초기 스크리닝 도구 역할을 합니다. 이는 그람 음성 병원성 박테리아에 대한 향후 치료법 개발을 위한 신속하고 실용적인 접근 방식을 제공합니다. 이 표준화된 프로토콜은 이전 연구에서 수행되지 않은 자세한 설명을 제공하고 향후17,18,19에서 서로 다른 연구 간의 비교를 용이하게 하기 때문에 유용할 것입니다.
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1. 배양 준비(그림 2)
2. 화합물 준비
3. 연속 희석20 및 플레이트 준비(그림 3)
참고: 연속 희석은 테스트된 화합물의 농도 범위를 신속하게 평가하는 데 사용됩니다. 이 과정에서 화합물은 일정한 비율(이 경우 1:2)으로 연속적으로 희석됩니다. 각 희석은 이전 농도에 비해 화합물의 농도를 절반으로 감소시켜 농도 범위가 감소합니다20.
4. 비올라세인의 배양 및 추출
5. 비올라세인 생산의 정량화
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여기에 표시된 결과를 위해 연구 그룹8에서 이전에 연구한 세 가지 생리 활성 화합물인 레스베라트롤, 파르네솔 및 리나룰이 사용되었습니다. 각 화합물은 vioABCDE 오페론23에 대해 QS 시스템에 의해 조절되는 표현형인 C. violaceum ATCC 12472에서 비올라세인 생산을 억제하는 능력에 대해 테스트되었습니다.
결과는 C. violaceum ATCC 12472에서 비올라세인 생산 및 생리 활성 화합물에 의한 억제를 정량화하는 프로토콜의 효능을 검증합니다. 박테리아 성장에 영향을 주지 않고 파르네솔, 리나룰 및 레스베라트롤에 의한 비올라세인 수치의 유의한 감소는 QSI를 항균 효과와 구별하는 방법의 능력을 확인시켜 줍니다24. 이전 방법(25,24,26...
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C. violaceum에서 비올라세인을 추출하고 특성화하는 최초의 방법은 1990년대에 등장했으며, 안료 합성에 적합한 탄소원을 식별하는 데 중점을 두었습니다. 이 과정에서 비올라세인은 세포 및 배양 배지와 함께 건조되고 에탄올에 재현탁된 다음 상청액 추출에 의해 분리되었습니다. 이제 에탄올에 용해된 비올라세인은 이후 다시 건조되어 순수하고 건조한 형태의 안료를 산출했습니다27. 1998년에 프로토콜이 수정되었습니다28. 에탄올은 여전히 비올라세인을 용해하는 데 사용되었지만 업데이트된 방법은 여과, Soxhlet 추출 및 결정화 단계를 도입했습니다. 수년에 걸쳐 비올라세인 추출 / 정량 화는 세포를 용해하고 부탄올25로 비올라세인을 추출, 초음파 처리 및 DMSO29에서 희석하고 플레...
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저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
보조금 #403661/2023-4 및 #444794/2024-7 및 장학금 #306685/2022-1을 통해 국립과학개발위원회(CNPQ)와 보조금 #2024/05158-6 및 2023/17090-4, 식품연구센터(FoRC) #2013/07914-8에 대한 재정 지원에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| DMSO | 신디사이저 | ||
| 파르네솔 | 시그마-알드리치 | 에프203 | 95% |
| 리나룰 | 시그마-알드리치 | L2602 | 97% |
| 루리아-베르타니 미디엄 | 디프코 | 244620 | |
| 광학 접착 필름 | 써모 피셔 | 4311971 | 마이크로앰프 |
| 레스베라트롤 | 시그마-알드리치 | R5010 | ≥ 99%(HPLC) |
| Synergy HTX 다중 모드 리더 | 바이오텍 | ||
| 조직 배양 플레이트 96 웰 | 카스비 | K12-096 |
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