Procedure voor Adaptive Laboratorium Evolutie van micro-organismen met behulp van een Chemostat

Summary

Hier presenteren we een protocol laboratorium adaptieve evolutie van micro-organismen onder omstandigheden met behulp chemostaat cultuur te verkrijgen. Ook is genomische analyse van het vrijkomende stam besproken.

Abstract

Natural evolution involves genetic diversity such as environmental change and a selection between small populations. Adaptive laboratory evolution (ALE) refers to the experimental situation in which evolution is observed using living organisms under controlled conditions and stressors; organisms are thereby artificially forced to make evolutionary changes. Microorganisms are subject to a variety of stressors in the environment and are capable of regulating certain stress-inducible proteins to increase their chances of survival. Naturally occurring spontaneous mutations bring about changes in a microorganism's genome that affect its chances of survival. Long-term exposure to chemostat culture provokes an accumulation of spontaneous mutations and renders the most adaptable strain dominant. Compared to the colony transfer and serial transfer methods, chemostat culture entails the highest number of cell divisions and, therefore, the highest number of diverse populations. Although chemostat culture for ALE requires more complicated culture devices, it is less labor intensive once the operation begins. Comparative genomic and transcriptome analyses of the adapted strain provide evolutionary clues as to how the stressors contribute to mutations that overcome the stress. The goal of the current paper is to bring about accelerated evolution of microorganisms under controlled laboratory conditions.

Introduction

Micro-organismen kunnen overleven en zich aan te passen aan verschillende omgevingen. Onder zware stress, kan de aanpassing gebeuren via de overname van heilzame fenotypes door willekeurige genomische mutaties en de daaropvolgende positieve selectie ^1-3. Daarom kan microbiële cellen aangepast door het veranderen van metabole of regulerende netwerken voor een optimale groei, die wordt aangeduid als "adaptieve evolutie". Recente belangrijke microbiële tendensen, zoals het uitbreken van superbugs en het optreden van sterke microbiële stammen, zijn nauw verwant aan adaptieve evolutie onder stressvolle omstandigheden. Onder laboratoriumomstandigheden gedefiniee....

Protocol

1. apparatuur Voorbereiding

1. Verkrijgen van een chemostat pot (150-250 ml) of een erlenmeyer (250 ml) die een inlaatpoort en een uitlaatpoort. Sluit de poorten met siliconenslang waardoor stroomsnelheden van 10-100 ml / uur. Optioneel gebruik van een ontluchter, een luchtuitlaat poort, en temperatuurgecontroleerde water inlaat en uitlaat poorten.
2. Verkrijgen van een apparaat om de chemostaat pot die voorziet roeren en temperatuurregeling (of een roterende schudincubator).
3. Verkrijgen twee peristaltische pompen om vers medium te leveren en het verzamelen van de cultuur.
4. Zorg voor een reservoir jar (10-20 L) met een medium u....

Results

Voor high-succinaat stress-adaptatie, de wild-type E. coli W3110 stam werd gekweekt in een chemostat bij D = 0,1 ^h-1 gedurende 270 dagen (figuur 2).

Figuur 2: High-succinaat spanning aanpassing van E. coli W3110 gebruik chemostaat cultuur. Dunne pijlen geven de tijdstippen waarop de concentratie stressor werd verhoogd en vetge.......

Discussion

Micro-organismen zijn in staat aan te passen aan bijna alle omgevingen vanwege hun snelle groei en de genetische diversiteit. Adaptive laboratorium evolutie stelt micro-organismen om te evolueren onder omstandigheden ontworpen, die een manier van het selecteren van de individuele organismen harboring spontane mutaties die gunstig onder de gegeven omstandigheden biedt.

De chemostaat techniek robuuster te bereiken kunstmatig aangedreven evolutie dan transfertechniek om de volgende redenen: (a).......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Mini-chemostat fermentor	Biotron Inc.	-	manufactured by special order
silicon tubing	Cole-Parmer	Masterflex L/S 13	tubing size can be varied depending on the dilution rate and the size of fermentor jar.
reservoir jar	Bellco	Media storage bottle	20 L
chemicals	Sigma-Aldrich	-	reagent grade
glucose	Sigma-Aldrich	G5767	ACS reagent
NH4Cl	Sigma-Aldrich	A9434	for molecular biology, suitable for cell culture, ≥99.5%
NaCl	Sigma-Aldrich	746398	ACS reagent, ≥99%
Na2HPO4·2H2O	Sigma-Aldrich	4272	98.5-101%
KH2PO4	Sigma-Aldrich	795488	ACS reagent, ≥99%
MgSO4·7H2O	Sigma-Aldrich	230391	ACS reagent, ≥98%
CaCl2	Sigma-Aldrich	793639	ACS reagent, ≥96%
thiamine·HCl	Sigma-Aldrich	T4625	reagent grade, ≥99%
Na2·succinate·6H2O	Sigma-Aldrich	S2378	ReagentPlus, ≥99%