April 10th, 2016
여기에서는 항균 활성을 위해 효소를 신속하게 스크리닝하고 특성화하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 마이크로슬라이드 확산 분석법과 염료 방출 분석법은 정성적 및 정량적 효소 활성 평가를 위해 표적 박테리아 기질을 활용합니다.
이러한 실험의 전반적인 목표는 항균 활성을 위해 효소를 신속하게 스크리닝하고 특성화하는 것입니다. 마이크로슬라이드 확산 및 염료 방출 분석은 관심 병원성 박테리아와 같은 특정 표적에 대해 용해 활성을 가진 새로운 항균제의 기능적 발견에 유용성을 가지고 있습니다. 이러한 기술의 주요 장점은 실행이 간단하고 실험 매개변수의 변형에 대한 유연성을 제공하며 대부분의 미생물학 실험실에서 일반적으로 볼 수 있는 실험실 장비로 수행할 수 있다는 것입니다.
마이크로슬라이드 확산 분석을 시작하기 전에 제조업체의 프로토콜에 따라 BCA 단백질 분석 키트를 사용하여 평가할 항균 효소의 농도를 결정해야 합니다. PBS를 반응 완충액으로 사용하여 항균 효소의 연속 희석을 수행합니다. 단백질을 개별 마이크로분리 튜브에 분배하고 PBS를 사용하여 부피를 20밀리리터로 조정합니다.
다음으로, 0.25g의 아가로스를 PBS 50ml에 용해시켜 0.5% 아가로스 용액을 준비합니다. 아가로스가 완전히 녹을 때까지 이 용액을 끓입니다. 용융 과정에서 손실된 수분을 중량으로 측정하고 용액에 다시 추가합니다.
분석 배양 중 오염 박테리아 성장을 억제하려면 아가로스 용액에 물 중 10% 아지드화나트륨 15마이크로리터를 첨가하고 수조에서 용액의 온도를 섭씨 50도로 조정합니다. 생존 가능한 세포가 기질로 사용되는 경우, 아가로스 용액에서 아지드화나트륨을 생략합니다. 열에 의해 죽은 박테리아 기질을 얼음 위에서 해동합니다.
박테리아 기질을 12ml의 아가로스 용액에 재현탁시켜 2.0 McFarland 등가 탁도 표준의 탁도와 대략 일치시킵니다. 용액을 통해 흰색 배경에 검은색 선을 시각화하여 용액의 탁도를 비교하고, 대략적인 탁도가 달성될 때까지 아가로스에 박테리아 기질을 추가합니다. 즉시, 그러나 조심스럽게 아가로스 기질 용액 3ml를 각 마이크로슬라이드에 피펫으로 주입하여 용액이 마이크로슬라이드를 넘치지 않도록 합니다.
슬라이드가 응고된 후 직경 4.8mm의 코르크 천공을 사용하여 각 마이크로슬라이드의 아가로스 기질층에 3개의 웰을 펀칭합니다. 조정된 각 단백질 연속 희석 20마이크로리터를 각 웰에 추가합니다. 음성 대조군에서 소 혈청 알부민을 사용하십시오.
양성 대조군으로, 라이소자임(lysozyme)과 같은 기질에 적합한 알려진 박테리아 분해 효소를 사용하십시오. 슬라이드를 섭씨 37도 또는 효소의 최적 활성 온도의 습도 챔버에서 배양합니다. 배양 기간은 항균 효소의 농도와 특정 활성에 따라 다릅니다.
일반적인 반응 시간은 약 16시간입니다. 배양이 완료되면 간접광 아래에서 슬라이드를 관찰하고 현상 분석의 이미지를 캡처합니다. 약 30cm의 초점 거리에서 60mm 렌즈가 장착된 디지털 일안 리플렉스 카메라를 사용하십시오.
다음 세그먼트에서 입증된 염료 방출 분석에서 기질은 Remazol Brilliant Blue R 염료 또는 RBB에 공유 결합됩니다. 200 milliMolar RBB 용액을 만들어 이 프로토콜을 시작합니다. 1.25g의 RBB를 갓 준비한 수산화나트륨 용액에 녹입니다.
다음으로, 30ml의 RBB 용액에 0.5g의 습식 중량 농도로 열에 의해 죽은 박테리아 세포를 재현탁합니다. 정제된 펩티도글리칸의 경우, 30ml의 RBB 용액에 0.3g의 습식 중량 농도로 펩티도글리칸을 재현탁합니다. 후속 단계는 사용된 기질에 관계없이 동일하기 때문에 박테리아 세포에 대해서만 라벨링이 시연됩니다.
부드러운 혼합으로 섭씨 37도에서 6시간 동안 회전 플랫폼에서 반응 혼합물을 배양합니다. 6시간 후, 반응 혼합물을 섭씨 4도의 인큐베이터로 옮기고 부드럽게 혼합하면서 추가로 12시간 동안 배양합니다. 배양이 완료되면 3000 x g에서 30분 동안 원심분리하여 염색된 기질을 수확합니다.
기질 펠릿에서 염료 용액을 디캔팅합니다. 펠릿을 Type I 물에 완전히 재현탁시킨 다음 원심분리합니다. 이러한 방식으로 염료 표지된 세포에 물을 3-5회 주어 기질에서 비공유 결합 용해성 염료를 제거합니다.
최종 세척을 위해 염료 방출 분석에 사용될 펠릿 부분을 1.5ml 마이크로분리 튜브로 옮깁니다. 마지막 세척의 상등액은 투명해야 하며 기판은 파란색으로 유지되어야 합니다. 염색된 기판을 사용할 준비가 될 때까지 섭씨 20도의 최소한의 물에 현탁하여 보관하십시오.
염료 방출 분석을 준비하려면 동결된 염색된 기질을 실온으로 되돌리고 효소에 대해 경험적으로 결정된 분석 버퍼로 두 번 세척합니다. 이 경우 PBS가 사용됩니다. 200 microliter 반응 부피에 수행할 dye-release assay의 수를 곱하여 필요한 기질 현탁액의 부피를 계산합니다.
기판 현탁액을 준비하려면 먼저 염색된 기판을 적절한 부피의 PBS에 첨가합니다. 일대일 희석을 만들고 PBS를 블랭크로 사용하여 595나노미터에서 광학 밀도의 초기 측정을 수행합니다. 595나노미터에서 2.0의 광학 밀도가 달성될 때까지 염색된 기판을 현탁액에 점진적으로 추가합니다.
이 시연에서는 염료 방출 분석을 사용하여 단백질 항균제에 대한 최적의 배양 조건을 결정할 것입니다. 먼저, 프로토콜 텍스트에 설명된 대로 PBS를 사용하여 농도를 밀리리터당 1밀리그램으로 조정하여 스톡 단백질 항균 현탁액을 준비합니다. 그런 다음 스톡 단백질 항균 현탁액을 마이크로리터당 100나노그램의 농도로 희석합니다.
이 농도는 분석 반응에 첨가된 부피당 1마이크로그램의 단백질의 최종 반응 질량을 제공합니다. 열 범위를 평가하기 위해 0.5ml 마이크로분리관에서 반응 분석을 수행합니다. 각 열 조건에 대해 10마이크로리터의 스톡 단백질을 200마이크로리터의 준비된 기질 현탁액에 추가합니다.
열 순환기에서 8시간 동안 배양하고 시간당 한 번 반전으로 혼합합니다. 배양 후 각 마이크로분리관에 25마이크로리터의 에탄올을 첨가하여 반응을 정지시킵니다. 소화되지 않은 불용성 기질을 제거하려면 3000 x g에서 2분 동안 원심분리합니다.
그 후, 분해되지 않은 기질의 펠릿을 방해하지 않도록 주의하면서 각 반응 혼합물에 대한 150마이크로리터의 반응 상등액을 96웰 평평한 바닥 마이크로플레이트로 옮깁니다. 효소 활성을 정량화하려면 마이크로플레이트 분광 광도계를 사용하여 595나노미터에서 상층액의 흡광도를 측정합니다. 표지된 기질에서 상등액으로 방출되는 용해성 염료에 의한 흡광도 증가는 효소 활성의 정량적 측정입니다.
마이크로슬라이드 확산 분석법은 열에 의해 사멸된 Salmonella enterica 전세포 기질에 대한 알려지지 않은 단백질 항균제의 활성을 정성적으로 평가하는 데 사용되었습니다. 항균제는 웰 A에서 F까지 점점 더 많은 양으로 첨가되었고, PBS는 음성 대조군에 사용되었다. 6 시간 후, 각 우물 주위에 형성된 가수 분해의 맑은 영역의 크기가 관찰되었습니다.
높은 효소 활성은 질적으로 더 큰 영역과 관련이 있는 반면 낮은 효소 활성은 질적으로 더 작은 영역과 관련이 있습니다. 정량적 염료 방출 분석법은 단백질 항균제에 대한 최적의 반응 온도를 결정하는 데 사용되었습니다. 반응 상등액의 청색의 양과 595나노미터에서의 흡광도 측정에서 파생된 활성 단위에서 알 수 있듯이 섭씨 35도가 최적의 온도입니다.
염료 방출 분석법은 또한 Bacillus subtilis 열 사멸 기질에 대한 알려지지 않은 단백질 항균제의 활성 범위를 결정하는 데 사용되었습니다. 알파-키모트립신의 활성 범위를 비교한 결과, 알려지지 않은 항균 효소가 기질에 대해 거의 두 배의 친화력을 가지고 있음이 밝혀졌습니다. 또한, 알파-키모트립신의 활성이 약 0.3마이크로그램에서 안정되기 시작하는 동안, 알려지지 않은 효소의 활성은 모든 효소 양에 걸쳐 계속 증가했습니다.
마스터링이 완료되면 마이크로슬라이드 확산 분석을 30분 이내에 완료할 수 있습니다. 염료 방출 분석은 1시간 이내에 완료할 수 있습니다. 각 분석의 배양 시간은 효소 활성과 농도에 따라 달라집니다.
이러한 절차를 확장하여, 염료 방출 방법을 수정하여 완충액, pH 및 염도와 같은 반응의 측면을 조작하여 항균 효소의 효소 활성에 영향을 미치는 화학적 영향을 결정할 수 있습니다. 이 동영상을 시청한 후에는 마이크로슬라이드 확산 및 염료 방출 분석을 사용하여 항균 활성을 위해 효소를 신속하게 스크리닝하고 특성화하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
이 기사는 마이크로슬라이드 확산 및 염료 방출 시험을 사용하여 항균 활성을 가진 효소를 신속하게 선별하고 특성화하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이러한 방법은 특정 세균 표적에 대한 효소 활성의 정량적 및 정성적 평가를 가능하게 합니다.
Rapid screening of microbial libraries for novel antimicrobial proteins requires complementary qualitative and quantitative assays to efficiently prioritize targets for downstream development. The microslide diffusion assay enables fast, visual detection of proteolytic activity, while the dye-release assay provides reproducible, quantitative data to assess environmental influences on enzyme function. Together, these methods support early target validation and mechanistic de-risking in antimicrobial discovery pipelines.
The microslide diffusion and dye-release assays function as complementary early-stage tools in the antimicrobial discovery continuum, supporting progression from initial hit identification to lead optimization.