September 11th, 2020
여기에서 우리는 DNA와 자살 플라스미드를 자연적으로 획득하는 능력을 사용하여 유전자 변형될 수 있는 S. pneumoniae 혈청형 1 균주 519/43에 대해 설명합니다. 원리의 증거로서, pneumolysin (ply) 유전자의 동종 돌연변이가 만들어졌다.
이 프로토콜은 이전에는 다루기 어려웠던 혈청형의 유전자 변형을 허용하여 혈청형을 연구하고 이해할 수 있게 해주기 때문에 중요합니다. 이는 백신 개발과 같은 생물학적 연구를 위한 길을 열어줍니다. 이 절차를 시연하는 사람은 런던 위생 및 열대 의학 대학의 조교수인 바네사 S.테라(Vanessa S.Terra)입니다.
먼저 pGEM-T Easy System I 제조업체 지침에 따라 접합을 수행하여 플라스미드 pSD1을 생성합니다. 섭씨 4도에서 밤새 반응을 배양합니다. 다음 날, 화학적으로 유능한 E.coli Dh5-alpha를 pSD1로 변형시켜 얼음 위에서 15분 동안 3마이크로리터의 pSD1 결찰 반응으로 50마이크로리터의 세포를 배양한 다음 세포를 열 충격에 노출시키고 세포를 얼음 위에 2분 동안 놓습니다.
얼음에서 세포를 제거하고 350마이크로리터의 SOC 배지를 첨가한 다음 섭씨 37도 및 120RPM에서 2시간 동안 배양합니다. Luria-Bertani 한천의 형질전환에 0.4 millimolar IPTG, 청백색 선택을 위한 X-Gal 밀리리터당 0.24 mg, 암피실린 밀리리터당 100 마이크로그램을 보충하여 플레이트에서 자라는 모든 콜로가 플라스미드 골격을 갖도록 합니다. pSD1을 함유한 3개의 흰색 집락을 선택하고 10밀리리터당 100마이크로그램의 암피실린이 보충된 10밀리리터의 L-B에서 하룻밤 동안 성장합니다.
섭씨 37도에서 밤새 흔들면서 배양물을 배양합니다. 다음 날, 3, 082 G에서 배양물을 원심 분리하고 펠릿을 플라스미드 추출에 사용합니다. 플라스미드 DNA를 추출한 후, pSD1 플라스미드와 스펙티노마이신 카세트 모두에 대해 BamH1 제한 분해를 설정합니다.
제한 분해 반응 및 제어 물질을 섭씨 37도에서 3시간 동안 배양합니다. 제한이 완료되면 전기 영동으로 제품을 분석 한 다음 올바른 밴드를 절제하고 상용 키트를 사용하여 정제합니다. 다음으로, BamH1 분해 pSD1 및 스펙티노마이신을 사용하여 결찰 반응을 실행합니다.
그러면 플라스미드 pSD2가 생성됩니다. 앞서 설명한 바와 같이 pSD2를 화학적으로 적극적인 E.coli DH5-alpha로 변환합니다. 그런 다음, 밀리리터당 100마이크로그램의 스펙티노마이신 및 암피실린이 보충된 LBA에서 성장할 수 있는 능력에 따라 플라스미드 pSD2를 운반하는 형질전환체를 선택하고 플라스미드 DNA를 추출합니다.
BHI에서 S.pneumoniae 519/43의 하룻밤 배양을 준비하고 섭씨 37도 및 5% 이산화탄소에서 정적으로 성장하도록 합니다. 다음 날, 1:50 및 1:100 배양물을 10ml의 신선한 BHI 육수에 희석합니다. 595 나노 미터의 OD가 0.05에서 0.1 사이가 될 때까지 섭씨 37도에서 배양을 정적으로 배양합니다.
적절한 OD에 도달하면 860마이크로리터의 배양액을 취하여 마이크로 원심분리기 튜브로 옮깁니다. 100 밀리 몰 수산화 나트륨 100 마이크로 리터, 20 % BSA 10 마이크로 리터, 100 밀리 몰라 염화칼슘 10 마이크로 리터, 밀리리터 CSP1 당 50 나노 그램 2 마이크로 리터 및 pSD2 500 나노 그램을 추가합니다. 3시간 동안 섭씨 37도에서 반응을 정적으로 배양합니다.
그런 다음 330마이크로리터를 5%혈액 한천 플레이트에 플레이트하고 3시간의 배양 기간 동안 시간당 밀리리터당 100마이크로그램의 스펙티노마이신을 보충합니다. 그런 다음 섭씨 37도와 이산화탄소 5%에서 밤새 플레이트를 배양합니다. 밀리리터당 100마이크로그램의 스펙티노마이신이 보충된 다른 혈액 한천 플레이트와 밀리리터당 100마이크로그램의 암피실린이 보충된 혈액 한천 플레이트에 스펙티노마이신 내성 콜로니를 패치하여 플라스미드 골격의 존재를 테스트합니다.
두 접시 세트를 하룻밤 동안 배양합니다. pSD2의 올바른 조립은 제한 소화에 의해 확인되었습니다. 그런 다음 pSD2를 사용하여 519.43 야생형 세포를 형질전환했습니다.
하룻밤 배양 후 spectinomycin에서 자라는 집락은 양성 형질전환체로 간주되었습니다. 뉴몰리신 돌연변이의 표현형 확인은 D39, 519/43 야생형 및 돌연변이 519/43 델타 플라이에 대한 용혈 활성을 평가하여 수행되었습니다. 이를 적혈구 용혈과 0.5% 사포닌(saponin)으로 비교했는데, 이는 100%로 간주되는 돌연변이가 적혈구를 용해하는 능력을 상실했습니다.
모든 양성 콜로니는 삽입 위치를 평가하기 위한 염기서열분석을 통해 추가로 확인되었습니다. 상동성 영역 외부의 결합 부위를 갖는 프라이머를 사용하였다. 형질전환 반응을 수행할 때 시약을 올바른 순서로 추가하는 것이 중요합니다.
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본 논문은 S. pneumoniae 세로타입 1 균주 519/43의 DNA를 자연적으로 획득하는 능력을 활용하여 유전적으로 변형하는 방법을 제시합니다. 본 연구는 pneumolysin (ply) 유전자에서 이소유전 돌연변이체를 생성하는 것을 입증하여 추가 연구의 길을 열었습니다.
Genetic modification of Streptococcus pneumoniae serotype 1 has been a longstanding barrier in infectious disease research, particularly for vaccine and therapeutic target validation in high-burden regions. This protocol enables functional genomics in a clinically relevant strain, supporting mechanistic de-risking of virulence factors like pneumolysin. By establishing a reliable mutagenesis system, it improves predictive confidence in target selection and accelerates preclinical evaluation pipelines.
The method fits within the discovery biology phase, enabling target validation through genetic manipulation prior to lead identification efforts.