Isolatie van bodemmicro-organismen met behulp van iChip-technologie
10 januari 2025
De iChip-techniek maakt gebruik van een goedkoop en eenvoudig in-situ isolatieapparaat dat de snelheid van de ontdekking van nieuwe micro-organismen uit de bodem verhoogt. Nieuwe micro-organismen kunnen worden gebruikt voor verder onderzoek met betrekking tot onder meer het bodemmicrobioom of de ontdekking van natuurlijke producten.
We proberen nieuwe soorten chemie te ontdekken om landbouwpathogenen te bestrijden. Met behulp van iChip-technologie hebben we nieuwe organismen geïsoleerd, waarvan we hopen dat ze tot nieuwe chemie zullen leiden. Het testen van deze organismen en/of hun natuurlijke producten tegen landbouwpathogenen kan leiden tot het vinden van nieuwe biopesticide kandidaat-organismen en/of verbindingen.
De iChip-methode stelt ons in staat om micro-organismen te isoleren die onder conventionele omstandigheden niet kunnen worden gekweekt door een periode van domesticatie en contact met hun natuurlijke omgeving te bieden. Onze aangepaste iChip-constructie is eenvoudig, goedkoop en vermindert het risico op microbiële besmetting, waardoor het gemakkelijk toegankelijk is voor een verscheidenheid aan onderzoeksdoeleinden. Onze iChip-resultaten roepen vragen op zoals welke mechanismen de onderdrukking van ziekteverwekkers door nieuwe microben aansturen?
Kunnen deze bioactieve stoffen betrouwbaar presteren in praktijkproeven? Hoe beïnvloeden omgevingsfactoren hun werkzaamheid? Het aanpakken van deze vragen zal leiden tot een duurzame ontwikkeling van biopesticiden, het transformeren van het beheer van plantenziekten en het verminderen van de afhankelijkheid van synthetische fungiciden.
Het lab zal iChip-technologie toepassen om nieuwe bacteriën te isoleren uit ziekteonderdrukkende bodems die worden geproduceerd door bodembedekkers, waarbij nieuwe microben en bioactieve stoffen worden geïdentificeerd. Deze zullen worden getest in studies naar gecontroleerde plantenziekten om innovatieve, duurzame alternatieven te ontwikkelen voor synthetische fungiciden voor de bestrijding van landbouwziekten. Om een gemodificeerde iChip te bouwen met behulp van een 5 millimeter agar-ponsgereedschap, verwijdert u de bodems van de putjes van een plaat met 96 putjes.
Snijd polycarbonaatmembranen van 0,05 micrometer in rechthoeken en zorg ervoor dat de afmetingen overeenkomen met het onderste gedeelte van een plaat met 96 putjes. Breng een siliconenkit aan om het polycarbonaat membraan aan de onderkant van de plaat met 96 putjes te hechten. Zorg ervoor dat de lijm de putjes afdicht, maar de openingen van de putjes niet volledig bedekt.
Laat de platen 24 uur drogen. Voeg 4,5 milliliter steriel water toe aan elk van de centrifugebuisjes van 15 milliliter met het label A tot D, en aan elk van de buisjes van 50 milliliter met het label E tot H. Voeg 1 gram aarde toe aan een centrifugebuis van 50 milliliter. Voeg vervolgens 10 milliliter water toe aan de buis en vortex het mengsel gedurende 10 minuten.
Laat de suspensie 10 minuten bezinken. Piket vervolgens 0,5 milliliter van het grondsupernatans in buisje A en meng grondig. Breng nu 0,5 milliliter van de celsuspensie over van buis A naar buis B en meng grondig.
Herhaal dit voor alle resterende centrifugebuisjes en voltooi een reeks tienvoudige verdunningen over de acht buisjes. Dompel om te beginnen de iChips volledig onder in 95% ethanol. Verwijder na 15 minuten de platen van de ethanol en plaats ze op een steriele papieren handdoek in de laminaire stromingskap.
Laat de ethanol verdampen terwijl u de ultraviolette sterilisator in de laminaire stroomkap gedurende 15 minuten inschakelt. Pipetteer 360 microliter steriel succinaat minimale zouten of SMS-media in de eerste kolom van de plaat om als controle te dienen. Voeg 45 milliliter SMS toe aan de celsuspensie in buis E.Meng grondig om de celsuspensie met de agar te combineren.
Pipetteer 360 microliter van het agarcelmengsel in alle resterende putjes van de plaat met 96 putjes. Zodra de media zijn uitgehard, sluit u de bovenkant van de plaat af met een PCR-plaatafdekking. Vul de platen met behulp van de buizen F, G en H om in totaal vier platen te bereiden met tienvoudige verschillen in concentraties.
Plaats de borden in een bak met ongeveer 1 inch aarde met de membraankant naar beneden. Incubeer de platen in de afgedekte bak in het donker bij 25 graden Celsius. Onderzoek de iChips na zes weken op microbiële groei.
Spoel de aangepaste iChip drie keer af met steriel water om alle vuildeeltjes te verwijderen. Veeg de bovenkant en zijkanten van de plaat af met 95% ethanol en vermijd de kant met het semipermeabele membraan. Snijd met een steriel mes door het plaatdeksel rond een putje met een kolonie en verwijder het vierkant met een steriel pincet.
Gebruik een steriel strekenhulpmiddel om de kolonie te doorboren en op de SMS-agarplaat te strijken met de methode met vier kwadranten. Incubeer de platen gedurende een week bij 25 graden Celsius of totdat koloniegroei is waargenomen. Onderzoek na de incubatie de kolonies om het isolement van culturen te bevestigen.
Overzicht
De iChip-techniek vergemakkelijkt de ontdekking van nieuwe micro-organismen uit bodems, wat het onderzoek naar bodemmicrobiomen en de ontdekking van natuurproducten bevordert. Deze methode maakt de isolatie van niet-kweekbare micro-organismen mogelijk, wat potentieel kan leiden tot nieuwe biopesticidaatkandidaten.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Microbiologie
- Bodemwetenschap
- Biot technologie
Achtergrond
- Nieuwe micro-organismen kunnen bijdragen aan een duurzame landbouw.
- De iChip-methode biedt een manier om voorheen niet kweekbare microben te cultiveren.
- Inzicht in microbiële interacties kan leiden tot innovatieve strategieën voor plaagbeheersing.
- Onderzoek is erop gericht de afhankelijkheid van synthetische fungiciden te verminderen.
Doel van de studie
- Om nieuwe bacteriën uit ziekteonderdrukkende bodems te isoleren.
- Om deze micro-organismen te testen tegen landbouwpathogenen.
- Om duurzame alternatieven voor synthetische fungiciden te ontwikkelen.
Gebruikte methoden
- Gemodificeerde iChip-constructie voor microbiële isolatie.
- Voorbereiding van bodemmonsters en verdunningsreeksen.
- Incubatie van iChips in natuurlijke bodemomgevingen.
- Isolatie en karakterisering van kolonies op agarplaten.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle isolatie van nieuwe micro-organismen met behulp van de iChip-methode.
- Identificatie van potentiële kandidaten voor biopesticiden.
- Inzicht in de mechanismen van pathogeensuppressie door de geïsoleerde microben.
- Opstelling van een protocol voor toekomstige microbiële studies.
Conclusies
- De iChip-techniek is effectief voor het ontdekken van nieuwe bodemmicro-organismen.
- Onderzoeksresultaten kunnen de praktijken voor het beheer van plantenziekten transformeren.
- Verdere studies zijn nodig om de effectiviteit van de geïdentificeerde verbindingen in praktijktoepassingen te evalueren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
De iChip-technologie maakt de isolatie van voorheen niet kweekbare bodemmicro-organismen mogelijk, waardoor de toegankelijke diversiteit voor de ontdekking van natuurproducten en de ontwikkeling van biopesticiden wordt uitgebreid. Deze aanpak pakt een kritieke flessenhals in de vroege ontdekkingsfase aan door nieuwe bronnen van bioactieve moleculen ontsluiten die relevant zijn voor de bestrijding van antimicrobiële resistentie en landbouwpathogenen. De integratie van iChip-afgeleide isolaten in R&D-pipelines verhoogt het voorspellende vertrouwen bij het identificeren van nieuwe chemische structuren en ondersteunt de risico-gecorrigeerde voortgang van het portfolio.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt toegang mogelijk tot nieuwe microbiële diversiteit voor het genereren van therapeutische hypothesen.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door de pool van kandidaat-organismen en chemische verbindingen uit te breiden.
- Faciliteert functionele validatie van microbieel afgeleide bioactieve verbindingen tegen doelpathogenen.
- Verbetert het voorspellend vertrouwen bij vroegtijdige screening naar nieuwe leads voor biopesticiden.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een reproduceerbare workflow voor het prepareren van gevalideerde microbiële isolaten voor downstream-assays.
- Ondersteunt standaardisatie en schaalbaarheid bij het screenen op antimicrobiële activiteit of biopesticide-activiteit.
- Maakt kwantitatieve beoordeling van microbiële groei en bioactiviteit onder gecontroleerde omstandigheden mogelijk.
- Prepareert isolaten voor betrouwbare evaluatie van verbindingen en secundaire karakterisering.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sluit aan bij translationele doelstellingen door kandidaat-microben en verbindingen te genereren voor effectiviteitstests in de praktijk.
- Ondersteunt de continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie in plantenziektemodellen.
- Maakt een risico-gecorrigeerde voortgang van veelbelovende biopesticide-kandidaten mogelijk op basis van mechanistische inzichten.
- Faciliteert de studie van omgevings- en ecologische factoren die de prestaties van verbindingen beïnvloeden.
Integratie van pipeline en workflow
De iChip-methode bevindt zich op het snijvlak van vroege ontdekking en lead-identificatie en vormt daarmee een brug van milieusampling naar de selectie van preklinische kandidaten.
- Discovery Biology: Breidt hypothesetoetsing uit door de isolatie van nieuwe microben en hun metabolieten mogelijk te maken.
- Screening: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare microbiële isolaten voor screeningworkflows met een hoge betrouwbaarheid.
- Analytics: Ondersteunt kwantitatieve meting van microbiële groei en bioactiviteit voor comparatieve analyse.
- Translationeel onderzoek: Verbindt isolaten uit de ontdekkingsfase met preklinische efficiëntiestudies in ziekterelateerde systemen.
- Bedrijfmatige herbruikbaarheid: Vestigt een herbruikbaar platform voor voortdurende inspanningen bij de ontdekking van natuurproducten en biopesticiden.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in de vroege fase van discovery.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerde, schaalbare en vervuilingsarme workflow voor microbiële isolatie.
- Strategische waarde: Maakt betere go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie mogelijk door de toegankelijke chemische ruimte uit te breiden.
- Impact op de portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van nieuwe microbiële kandidaten voor verdere ontwikkeling.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in microbiologie, bodemkunde en steriele technieken.
- Vereist toegang tot basis laboratoriuminfrastructuur en analytische instrumenten voor microbiële karakterisering.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van gegevens.
- Kan aanpassing vereisen voor verschillende bodemtypen of omgevingscondities.
- Afhankelijk van effectieve downstream screening en validatie om de volledige R&D-waarde te realiseren.
