Na isolatie van transposon mutanten enkele primer kolonie-PCR is een robuuste, high-throughput werkwijze voor de plaats van transposon insertie zijn voor elke mutant. Deze aanpak haalt uit een typische geneste PCR-protocol maar hier één primer hybridiseert specifiek en / of niet-specifiek aan het matrijs-DNA afhankelijk van de stringentie van de annealing temperatuur (figuur 1A). De typische PCR producten uit meerdere DNA-fragmenten, waarvan de meeste specifieke (Figuur 1B). Het gebruik van een andere sequentie primer die direct stroomopwaarts van het transposon ITR en stroomafwaarts van de sequentie die door de amplificatie primer hybridiseert verschaft specificiteit voor de sequentiestap (figuur 1C). Geautomatiseerde software voor sequentieanalyse lijnt de verkregen sequenties de Coxiella genoom die de juiste ligging van transposon inserties (figuur 1C). Alle transposon inserties kan dan annotated de Coxiella genoom (figuur 1D).
Elke Coxiella mutant geïsoleerd en geamplificeerd in axenisch ACCM-2 medium voordat hetzij opslag of screening. Figuur 2 toont een voorbeeld van 38 transposon mutanten in 16 dot / icm Coxiella genen (Figuur 2A). Om de levensvatbaarheid van Coxiella mutanten te beoordelen, wordt axenic groeicurven verkregen door bemonstering bacterieculturen gedurende 7 dagen na inoculatie en toepassen van de bacteriële concentratie assay 1,5 (Figurie 2B) beschreven. Versterkte mutanten worden vervolgens geïncubeerd met epitheelcellen in drievoud 96-well platen gedurende 7 dagen. Alle Coxiella mutanten gegenereerd worden GFP-gelabeld, intracellulaire groeicurven worden verkregen door meting van de fluorescentie-intensiteit van GFP per put, elke 24 uur, en het uitzetten van de gemeten waarden als functie van de tijd (Figuur 2C).
Intracellulair groeicurven bieden kwantitatieve analyse van de fenotypen geassocieerd met elke transposon insertie in het genoom Coxiella. Om kwalitatieve informatie toe te voegen ongeveer hetzelfde transposon mutanten, hebben we gekozen voor geautomatiseerde beeldacquisitie en analyse. Zeven dagen na infectie platen gefixeerd, verwerkt voor immunofluorescentie zoals beschreven in 4 en toepassing van een geautomatiseerde, epifluorescentiemicroscoop zoals beschreven in 5. Geautomatiseerde beeldanalyse software zoals CellProfiler (Broad Institute, geanalyseerd www.cellprofiler.com ) verwerkt de verkregen kanalen onafhankelijk en segmenten geïdentificeerd objecten vergelijkende analyse (Figuur 3). Dit maakt de identificatie en morfologische karakterisering van gastheer celkernen, cel contouren, lysosomen en Coxiella kolonies (Figuur 3 bovenste panelen). Correleren Coxiella kolonies met cellen en lysosomen kan de identificatiop en specifieke morfologische analyse van Coxiella bevattende vacuolen (die LAMP1 positief, Figuur 3 linksonder paneel). Correleren Coxiella kolonies met gastheercel contouren maakt de identificatie en specifieke morfologische analyse van geïnfecteerde cellen (figuur 3 onderaan in het midden paneel). Tenslotte worden de 4 kanalen samengevoegd ter illustratie en kwaliteitscontrole (figuur 3 rechterbenedenhoek).
De gegevens verkregen uit geautomatiseerde beeldanalyse kunnen tegen elkaar worden uitgezet om "multi-fenotypische puntgrafieken" te verkrijgen. Als voorbeeld, in figuur 4A de gemiddelde oppervlakte (in um 2) van Coxiella kolonies uitgezet tegen het aantal kolonies per cel (Figuur 4A), teneinde mutaties die intracellulaire replicatie van Coxiella (replicatie fenotype) en / of van invloed identificeren de capaciteit van de bacteriën om gastheercellen binnenvallen (internabiliseren fenotype). Statistische analyse werd gebruikt om de regio's in de resulterende puntgrafiek overeenkomt met milde (-4 (Figuur 4A, roze en rode stippen); mutaties die Coxiella internalisatie in cellen beïnvloed werden gegroepeerd in het onderste gedeelte van de grafiek (Figuur 4A, licht en donker blauwe stippen) en tenslotte, groene stippen in de meest rechtse gebied van het perceel corresponderen met mutaties resulteren in niet-significante fenotypen ( Z-score> -2). Belangrijk mutanten die niet te repliceren, maar nog kunnen gastheercellen binnendringen, worden gedetecteerd na 7 dagen na infectie als enkele bacterie of kleine kolonies, naast celkernen (Figuur 4C, tweede paneel) systeem. Vandaar dat de grootte van Coxiella "colonies "aanzienlijk worden beïnvloed maar het aantal geïnfecteerde cellen wordt niet beïnvloed in vergelijking met WT Coxiella geïnfecteerde cellen. Integendeel, mutaties die het vermogen van Coxiella gastheercellen binnendringen beïnvloeden resulteren in een afname in het aantal kolonies / cel. Is dit aantal ver onder 1, betekent dit dat, gemiddeld, is er een afname van het aantal geïnfecteerde cellen. Als alternatief kan de gemiddelde oppervlakte (in um 2) van Coxiella kolonies tegen het aantal gastheercellen dat infectie (figuur 4B), wordt uitgezet mutaties die cytotoxiciteit voor Coxiella (cytotoxische fenotype) verlenen identificeren. Zoals hierboven, werd een statistische analyse gebruikt om de regio's in de resulterende puntgrafiek overeenkomt met milde (-4 (Figuur 3B groene stippen). 37 mutaties mild aangetaste gastheercel overleving (figuur 3B, licht rode stippen), en 7 mutaties waren bijzonder schadelijk voor het hosten van de cel overleving (figuur 3B, donker rode stippen). Let op: er parameters verkregen door geautomatiseerde beeldanalyse procedure kan worden gebruikt om andere overzichten afleiden Volgens experimentele behoeften.

Figuur 1:. Sequentiebepaling en annotatie van Coxiella transposon mutanten (A) Single kolonie PCR primer wordt gebruikt om DNA fragmenten die de plaats van transposon insertie amplificeren. Een amplificatieprimer (Amp) wordt gebruikt als een specifieke en niet-specifieke primer, afhankelijk van de stringentie van de hybridisatie temperatuur. (B) Typisch resultaat van enkele primer kolonie PCR. Elke reactiOp produceert een aantal fragmenten van variabele grootte, waarvan sommige het transposon insertie site; anderen worden willekeurig geamplificeerd als bijproducten van de lage stringentie PCR-cyclus. (C) Het gebruik van een primer sequentie (Seq) dat hybridiseert met het transposon functie kan de volgorde van de fragmenten van belang. (D) Sequentieanalyse software laat de automatische annotatie van transposon toevoegingen op het bacteriële genoom. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2:. Axenische en intracellulaire groei van Coxiella transposon mutanten (A) In de pilot scherm, hebben we geïsoleerd, gesequenced en gescreend 38 transposon mutanten kern 16 genes van de Coxiella dot / icm secretie systeem (aangegeven in rood). (B) Teneinde de levensvatbaarheid van elk transposon mutant te beoordelen, de groei van elk isolaat in axenische kweekmedium wordt gevolgd gedurende 8 dagen onder toepassing van een fluorescent gelabeld DNA intercalatiemiddel. (C) Elke mutant wordt vervolgens gebruikt om epitheelcellen te infecteren. Omdat de transposon bezit een GFP cassette, wordt de intracellulaire groei van bacteriën dan 7 dagen van de infectie gecontroleerd door de variaties van GFP fluorescentie geassocieerd met Coxiella replicatie, met behulp van een microplaat reader. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Geautomatiseerde beeldanalyse van Coxiella infecties Een auto.Gekoppelde epifluorescentie microscoop wordt gebruikt om de afbeelding 21 posities per putje van 96 triplo-putjes. Het beeld analyse software segmenten objecten in elke verworven kanalen voor kwantificering en analyse. In alle gevallen worden de voorwerpen rand van de beelden raken uitgesloten. (A) De Hoechst kanaal wordt gebruikt om gastheercellen te identificeren kernen (omcirkeld in groen). (B) Deze worden gebruikt als zaden gastheercel contouren in het Cy3 kanaal te identificeren (de positie van de kernen wordt omcirkeld in blauw, cel contouren zijn in het groen). (C) De Cy5 kanaal wordt gebruikt om LAMP1-positieve compartimenten te identificeren (omcirkeld in groen); alleen de objecten opgenomen in de eerder geïdentificeerde cel contouren (in het rood) worden bewaard voor beeldanalyse. (D) De GFP-kanaal wordt gebruikt om Coxiella kolonies te identificeren (omcirkeld in groen). (E) Correleren Coxiella kolonies met LAMP1-positieve compartimenten maakt de identificatie van Coxiella Bevattende vacuolen (CCV); alleen de objecten opgenomen in de eerder geïdentificeerde cel contouren (in het groen) worden bewaard voor beeldanalyse. (F) Correleren Coxiella kolonies met mobiele contouren maakt de identificatie van geïnfecteerde cellen (pseudocolored). (G) beelden die in de 4 fluorescentie kanalen (corresponderend met Coxiella kolonies (groen) talrijke celkernen (blauw), de gastheercel plasmamembraan (grijs), LAMP1-positief compartimenten (red)) worden samengevoegd en gebruikt voor illustratie en kwaliteit control. Schaal bars 10 micrometer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Grootschalige identificatie van Coxiella factoren betrokken bij gastheer / ziekteverwekker interactionen. (A) De gemiddelde oppervlakte (in um 2) van Coxiella kolonies uitgezet tegen het relatieve aantal kolonies per cel replicatie en internalisatie fenotypen van belang te identificeren. Groene stippen vertegenwoordigen fenotypes die afwijken van WT Coxiella door een Z-score> -2 (niet significant). Roze en licht blauwe stippen vertegenwoordigen replicatie en internalisatie fenotypes respectievelijk met een Z-score tussen -2 en -4 (mild fenotypes). Rode en donker blauwe stippen vertegenwoordigen fenotypes met een Z-score ≤ -4 (sterke fenotypes). (B) De gemiddelde oppervlakte (in um 2) van Coxiella kolonies werd uitgezet tegen het aantal cellen (geïnfecteerd en niet geïnfecteerd) die 7 dagen na infectie overleefden het schatten van de cytotoxische werking voortvloeiende uit transposon inserties. Groene stippen vertegenwoordigen fenotypes die afwijken van WT Coxiella door een Z-score> -2 (niet significant). Roze stippen vertegenwoordigen cytotoxische phenotypes met een Z-score tussen -2 en -4 (mild fenotypes). Rode stippen vertegenwoordigen cytotoxische fenotypes met een Z-score ≤ -4 (sterke fenotypes). Pijlen geven mutanten blijkt uit de overeenkomstige kleine letter C. (C) Representatieve beelden van replicatie, internalisatie en cytotoxische fenotypes. In alle gevallen gastheercel kernen in rood, Coxiella kolonies in groen. Schaal bars 50 pm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.