$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Het ontluikende gistsubphylum bevat veel belangrijke biologische en biotechnologische modellen. Een veel voorkomende en cruciale taak in gistonderzoek is het kwantificeren van het effect van genetische of omgevingsverstoringen, waarbij dit laatste inclusief stress of medicamenteuze behandelingen is. Bij industriële fermentatie bijvoorbeeld moeten producenten de levensvatbaarheid van gistculturen bewaken om de efficiëntie en kwaliteit van het fermentatieproces te garanderen 1,2. Bij het bestuderen van pathogene gistsoorten is het meten van hun overleving na stress- of antischimmelbehandeling van cruciaal belang voor het begrijpen van de genetische en mechanistische basis voor infectiegerelateerde eigenschappen zoals antischimmelresistentie. Het meten van overleving op katheters en oppervlakken is ook een belangrijke taak in klinische omgevingen3. Deze uiteenlopende scenario's vragen allemaal om kwantitatieve benaderingen die snel en nauwkeurig de uitkomst van medicamenteuze en stressbehandelingen kunnen meten.
Bestaande methoden om het bovenstaande doel te bereiken, vallen in drie hoofdcategorieën op basis van wat ze meten. De eerste categorie meet klonogeniteit, of het vermogen van individuele gistcellen om een enkele kolonie te vormen na de stress. De representatieve methode in deze categorie is de Colony Forming Unit (CFU) test. De tweede categorie meet vitaliteit, die berust op het detecteren van enzymatische activiteiten in levende cellen. Voorbeelden zijn chemische sondes zoals de FUN-1 kleurstof4. De derde categorie methoden meet de integriteit van het plasmamembraan - een onomkeerbaar verlies van de integriteit van het plasmamembraan wordt beschouwd als het "point of no return" voor celdood5. Voorbeelden van deze categorie zijn fluorescerende kleurstoffen zoals propidiumjodide (PI).
Dit werk presenteert een geoptimaliseerde LIVE/DEAD-assay in combinatie met flowcytometrie om een snelle en schaalbare kwantificering van de overleving van gist na stressbehandeling te bereiken. Deze op membraanpermeabiliteit gebaseerde test is sneller dan CFU en vereist 15-30 minuten kleuring in vergelijking met 24-48 uur incubatie om kolonies te vormen. Ook kunnen monsters die zijn gekleurd met een LIVE/DEAD-kleuring gemakkelijk worden getest met behulp van flowcytometrie naast microscopie, die tienduizenden cellen in een paar seconden meet en gemakkelijk monsters met 96 putjes kan verwerken voor tests met hoge doorvoer. Als gevolg hiervan is deze test snel, kwantitatief en schaalbaar. In dit protocol wordt een tweecomponenten LIVE/DEAD-kleuring, bestaande uit SYTO 9 en PI, gebruikt om een verbeterd oplossend vermogen te bereiken. SYTO 9 labelt alle cellen, levend of dood, terwijl PI alleen cellen met gecompromitteerde plasmamembranen binnendringt 6,7. Daarom accumuleren levende cellen alleen SYTO 9, terwijl dode cellen zowel SYTO 9 als PI accumuleren. Omdat PI een hogere affiniteit heeft dan SYTO 9 voor nucleïnezuur, sluit het dit laatste competitief uit in cel8. Ook vormen de twee kleurstoffen een Förster Resonance Energy Transfer (FRET) -paar, waarbij SYTO 9-emissie wordt geabsorbeerd door PI als excitatie. Als gevolg hiervan vertonen dode cellen gedempte groene en sterke rode fluorescentie. Levende cellen daarentegen vertonen heldergroene fluorescentie8. Dit verschil maakt een beter onderscheid mogelijk tussen levende en dode cellen in aanwezigheid van variaties in fluorescentie-intensiteit binnen elke groep.
Sinds een eerste rapport over de toepassing ervan in gist in 2004 is het gebruik van SYTO 9/PI in giststudies vlekkerig en grotendeels beperkt tot kwalitatieve evaluaties met behulp van microscopie 7,9,10,11,12,13,14,15. Een belangrijke beperking voor de acceptatie ervan als kwantitatieve test voor gistoverleving is het gebrek aan systematische karakterisering en vergelijking met veelgebruikte methoden zoals CFU. Dit protocol beschrijft een gestandaardiseerde test met inbegrip van de kleuringsbuffer, kleurstofconcentratie, kleuringstijd en flowcytometrie-instellingen, waarvan werd vastgesteld dat ze artefacten minimaliseren en reproduceerbare resultaten genereren wanneer ze worden toegepast op C. glabrata en twee andere gistsoorten16. Omdat SYTO 9/PI-kleuring een tussenliggende "beschadigde" populatie van cellen onthult die verschilt van zowel de levende als de dode cellen in hun kleuringspatroon, kan het CFU aanvullen door meer genuanceerde informatie te onthullen over de effecten van stressbehandeling op gistcellen, waardoor mogelijk nieuwe toepassingen mogelijk worden.