Expression of the Luminescence Operon in Marine Bioluminescent Bacteria
JoVE Encyclopedia of Experiments
Microbiologie
0 weergaven • 2:14 min • September 26th, 2025
Begin with a marine bioluminescent bacterial strain carrying the luminescence operon, which encodes luciferase and enzymes required for substrate synthesis.
Streak the strain on a nutrient-rich agar plate supplemented with artificial seawater to mimic native salinity and support growth.
Incubate to obtain discrete colonies, then isolate and inoculate a single colony into liquid medium containing artificial seawater.
Incubate with agitation to promote overnight growth in the exponential phase.
Transfer a defined volume of the overnight culture into fresh medium and incubate it to increase bacterial density.
As the population expands, bacteria release autoinducers, signaling molecules that accumulate and diffuse into cells, where they bind to intracellular receptors, activating the luminescence operon.
This activation induces luciferase expression and biosynthesis of the substrate.
Luciferase catalyzes substrate oxidation, emitting blue-green light.
Monitor the culture for bioluminescence as an indicator of luminescence operon activation and light emission in marine bacteria.
After preparing media according to the text protocol, streak the bacterial bioluminescent strains on artificial sea water medium agar plates, and incubate them at 24 to 30 degrees Celsius overnight.
Prepare an overnight culture by inoculating 100 milliliters of artificial sea water medium with a single colony from the plate. Then incubate the culture at 24 to 30 degrees Celsius and 120 RPM overnight. The following day, inoculate 800 milliliters of artificial sea water medium with 8 milliliters of overnight culture.
Incubate the bacterial cells at 24 to 30 degrees Celsius, and 120 RPM and observe the cells until they begin to shine.
Overzicht
Dit artikel demonstreert de kweek en in situ monitoring van mariene bioluminescente bacteriën om de quorumsensing-gemedieerde activatie van het luminescentie-operon te bestuderen. Het protocol maakt real-time observatie van celdichtheid en lichtemissie mogelijk, wat inzicht biedt in microbiële communicatie en genregulatie.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Microbiologie
- Moleculaire biologie
- Microbiële fysiologie
Achtergrond
- Mariene bioluminescente bacteriën bezitten een luminescentie-operon dat luciferase en enzymen voor substraatsynthese codeert.
- Quorum sensing reguleert de activatie van het luminescentie-operon als reactie op de celdichtheid.
- Autoinducatoren hopen zich op naarmate bacteriële populaties groeien, wat veranderingen in de genexpressie triggert.
- Bioluminescentie dient als een zichtbare marker voor de activatie van het operon en microbiële communicatie.
Doel van de studie
- Om mariene bioluminescente bacteriën onder gecontroleerde omstandigheden te kweken.
- Om de correlatie tussen celdensiteit en lichtemissie in realtime te monitoren.
- Om een protocol te bieden voor het bestuderen van quorum sensing en genregulatie in bacteriën.
Gebruikte methoden
- Uitstrijken van mariene bioluminescente bacteriën op voedingsrijke agarplaatjes met kunstmatig zeewater.
- Incubatie om afzonderlijke kolonies te verkrijgen, gevolgd door inoculatie in een vloeibaar medium.
- Overnachtcultuur met agitatie om exponentiële groei te bevorderen.
- Overdracht van de cultuur naar een vers medium om de celdichtheid te verhogen en quorum sensing te induceren.
- Observatie en monitoring van bioluminescentie als indicator voor de activering van het operon.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle kweek van mariene bioluminescente bacteriën op kunstmatige zeewatermedia.
- Real-time observatie van lichtemissie die correleert met een toegenomen celdichtheid.
- Demonstratie van quorum sensing-gemedieerde activatie van het luminescentie-operon.
- Vaststelling van een protocol om genexpressie te koppelen aan observeerbare bioluminescentie.
Conclusies
- Het protocol maakt in situ meting van de celdichtheid en lichtemissie in mariene bioluminescente bacteriën mogelijk.
- Quorum sensing reguleert effectief de activatie van het luminescentie-operon en de lichtproductie.
- Deze aanpak faciliteert studies naar microbiële communicatie en de dynamiek van genregulatie.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Real-time monitoring van de activatie van het luminescentie-operon in mariene bacteriën biedt een directe, kwantitatieve uitlezing van quorum-sensing-gemedieerde genexpressie. Deze mogelijkheid maakt vroege validatie van targets en mechanistische risicoreductie mogelijk voor studies naar microbiële communicatie en genregulatie. De aanpak ondersteunt de voorspellende betrouwbaarheid bij het onderzoeken van signaalpaden en functionele genomica binnen discovery-pipelines.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt directe observatie mogelijk van de dynamiek van genexpressie als reactie op signalen van de celdichtheid.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie door de accumulatie van autoinducers te koppelen aan de activering van operons.
- Faciliteert de functionele validatie van quorum-sensing-routes in microbiële systemen.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een kwantificeerbare, op luminescentie gebaseerde output voor de standaardisatie van assays.
- Maakt reproduceerbare meting van operon-activatie mogelijk over verschillende experimentele condities.
- Ondersteunt de ontwikkeling van schaalbare assays voor compound- of genetische screening gericht op quorum sensing.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sluit aan bij studies naar microbiële communicatie die relevant zijn voor infectiemodellen en microbiome-onderzoek.
- Biedt continuïteit van genregulatie in de ontdekkingsfase tot preklinische validatie van microbiële targets.
- Ondersteunt de risico-gecorrigeerde voortgang van modulatoren van microbiële pathways.
Pipeline- & Workflowintegratie
Deze methode is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm, van vroege hypothesetoetsing tot assay-ontwikkeling en translationeel onderzoek in microbiële systemen.
- Discovery Biology: Maakt hypothese-gestuurd testen van genregulatie gemedieerd door quorum sensing mogelijk.
- Screening: Biedt een gestandaardiseerde, op luminescentie gebaseerde assay voor reproduceerbare resultaten.
- Analytics: Levert kwantitatieve metingen van lichtemissie die gecorreleerd zijn met celdichtheid en operonactivatie.
- Translationeel onderzoek: Slaat een brug tussen studies naar microbiële genregulatie en preklinische modellen van infectie of microbioomfunctie.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar platform voor het onderzoeken van quorum sensing en genexpressie in diverse bacteriële stammen.
Operationele impact en impact op de onderneming
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij target-validatie en het onderzoek naar signaalpaden.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare en schaalbare luminescentie-assays.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door directe, kwantitatieve output te leveren voor studies naar genregulatie.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van microbiële targets en modulatoren van signaalpaden.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in microbiële cultivatie en luminescentiemeting.
- Vereist toegang tot kunstmatig zeewatermedium en gecontroleerde incubatie-infrastructuur.
- Vereist standaardisatie van assaycondities en uitleesprotocollen tussen teams.
- Aanpasbaar voor diverse bioluminescente mariene bacteriële stammen met luminescentie-operons.
- Afhankelijk van visuele of instrumentele detectie van bioluminescentie voor kwantitatieve analyse.
Biopharma Veelgestelde Vragen
In vivo onderzoek naar Antimicrobial Blue Light therapie voor Multiresistente Acinetobacter baumannii Burn Infecties met behulp van bioluminescentie Imaging
Gerelateerde video's
0 Bekeken
In Vitro Bioluminescentie Assay te karakteriseren Circadian Rhythm in borstklier epitheliale cellen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Circadiane oscillaties monitoren met een bioluminescentiereporter in organoïden
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Met behulp van Luciferase naar Afbeelding bacteriële infecties in Muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
'Bioluminescent' Reporter Faag voor de detectie van categorie A bacteriële pathogenen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Bioluminescent Bacteriële Imaging
Gerelateerde video's
0 Bekeken
In Vivo Assay to Correlate Bacterial Bioluminescence with Cell Density
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Met behulp Coculture te sporen Chemisch Mediated Interspecies Interacties
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Een stap verder BRET: Fluorescentie door geconsolideerd Opwinding van luminescentie (FUEL)
Gerelateerde video's
0 Bekeken
In Situ Meting en de correlatie van de celdichtheid en lichte emissie van bioluminescente bacterie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026