Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Izolacja bakterii adaptowanych do stresu poprzez selekcję pojedynczej kolonii

416 wyświetleń

⸱

28 listopada 2025

W tym artykule

Streszczenie

Źródło: Jeong, H., i inni. Procedura adaptacyjnej ewolucji laboratoryjnej mikroorganizmów z użyciem chemostatu. J. Vis. Exp. (2016).

Ten film pokazuje selektywną izolację i rozwój bakterii przystosowanych do stresu z hodowli narażonej na długotrwały stres. Kultura jest nakładana na agarze zawierającym stresor, a pojedyncza kolonia jest wybierana do inokulacji ciekłego medium stresorem. Absorpcja jest mierzona w regularnych odstępach czasu, aby monitorować wzrost i potwierdzić skuteczną izolację bakterii przystosowanych do stresu.

Protokół

1. Przygotowanie sprzętu

  1. Zdobądź słoik chemostat (150-250 ml) lub kolbę Erlenmeyera (250 ml) zawierającą port wlotowy i port wylotowy. Łącz porty rurkami silikonowymi, co pozwala na przepływ 10-100 ml/h. Opcjonalnie można użyć odpowietrza powietrza, portu wylotowego oraz wlotów i wylotów wody z regulowaną temperaturą.
  2. Zdobądź urządzenie odpowiednie do słoika chemostat, które umożliwia mieszanie i kontrolę temperatury (lub użyj inkubatora obrotowego do wstrząsania).
  3. Zdobądź dwie pompy perystaltyczne, aby dostarczyć świeże medium i zebrać kulturę.
  4. Zdobądź zbiornikowy słoik (10-20 L) zawierający średni port wylotowy i wlot powietrza.
  5. Uzyskaj rurki krzemowe odpowiednie do szybkości rozcieńczania (tj. średnica 0,8 mm, zakres przepływu 0,06-36 ml/min; rurka L/S 13).

2. Przygotowanie i sterylizacja podłoża

  1. Medium początkowe
    1. Rozpuszcz 0,3 g glukozy, 0,08 g chlorku amonu (NH4Cl), 0,05 g chlorku sodu (NaCl), 0,75 g disodowego fosforanu wodoru (Na2HPO4,2H 2O) oraz 0,3 g disodowego fosforanu wodoru (KH2PO4) w 90 mL wody destylowanej (D.W.) w słoiku chemostatowym.
    2. Zamknij słoik chemostat razem z rurką za pomocą zacisków. Nie uszczelniaj nawiewu.
    3. Sterylizuj słoik chemostat w autoklawie w temperaturze 121 °C przez 15 minut. Po sterylizacji przechowuj słoik chemostat w temperaturze pokojowej.
    4. Rozpuścić 0,02 g siarczanu magnezu heptahydratowego (MgSO 4,7H2O), 0,01 g chlorku wapnia (CaCl2) oraz 0,1 mg tiaminy w 10 mL D.W. (roztwór A).
    5. Roztwór filtracyjny A z użyciem strzykawki i wstępnie sterylizowanego filtra strzykawkowego (filtr porowy 0,45 μm).
    6. Dodaj roztwór A filtrat do słoika chemostat.
  2. Ośrodek naprężeń
    1. Rozpuszcz 30 g glukozy, 8 g NH4Cl, 5 g NaCl, 75 g Na2HPO4,2H 2O, 30 g KH2PO4 oraz 300 g heksahydratu sodowego succynianu (Na2·succynan·6H2O; stresor używany w tym eksperymencie) w pojemniku rezerwuarowym.
    2. Uszczelnij słoik zbiornika wraz z rurką za pomocą zacisków. Nie uszczelniaj nawiewu.
    3. Sterylizuj słoik rezerwuarowy w autoklawie w temperaturze 121 °C przez 15 minut. Po sterylizacji przechowuj słoik w temperaturze pokojowej.
    4. Rozpuszcz 2 g MgSO 4,7H 2O, 1 g CaCl2 oraz 10 mg tiaminy w 100 ml D.W. (roztwór A).
    5. Roztwór filtracyjny A z użyciem strzykawki i wstępnie sterylizowanego filtra strzykawkowego (filtr porowy 0,45 μm).
    6. Dodaj filtrat roztworu A do słoika rezerwuarowego.
    7. Aseptycznie podłącz sterylizowaną rurkę krzemową do zbiornika i podłącz pompy perystaltyczne.
  3. Medium o wysokim stresie
    1. Przygotuj podłoże zgodnie z sekcją 2.2, ale z większym stężeniem stresora (czyli o 3-5 g/L wyższym w adaptacji sukcynatowej).
      Uwaga: Protokół ten służy do adaptacji do naprężenia, które może być dostarczone przez medium. W przypadku czynników fizycznych, takich jak temperatura, mieszanie czy oświetlenie, uprawa powinna być odpowiednio zaprojektowana.

3. Początkowa uprawa

  1. Zaszczep pojedynczą kolonię dzikich Escherichia coli (E. coli) w probówce o pojemności 15 ml, zawierającej 4 ml podłoża początkowego.
  2. Inkubuj probówkę w inkubatorze wstrząsającym przez 12 godzin w temperaturze 37 °C i 220 obr./min.
  3. Aseptycznie przelej 1 ml prekultury do słoika chemostat.
  4. Inkubuj słoik chemostat, zapewniając napowietrzanie (powietrze 50 ml/min) i mieszanie (200 obr./min), w temperaturze 37 °C przez 6 godzin.

4. Adaptacja do stresu

  1. Aseptycznie połącz koniec rurki krzemowej od pomp do słoika chemostat.
  2. Uruchom pompę wylotową (10 ml/h lub więcej) i pobierz hodowlę. Uwaga: Hodowla powinna być w fazie wykładniczej, zazwyczaj 4-8 godzin po początkowej uprawie.
  3. Sprawdź gęstość optyczną (600 nm) hodowli z rurki wylotowej.
  4. Uruchom pompę wlotową (10 ml/h, co odpowiada szybkości rozcieńczania 0,1 h-1).
  5. Co 24 godziny sprawdzaj gęstość optyczną hodowli na 600 nm od rurki wylotowej.
  6. Obsługuj chemostat przez 96 godzin (9,6-krotna rotacja) lub dłużej. Jeśli gęstość optyczna jest stabilna, wymień złoże zawierające ośrodek o wysokim naprężeniu. Jeśli gęstość optyczna jest niższa niż 0,2, zatrzymaj pompę wlotową na 6 godzin. Ponownie uruchom pompę wlotową i sprawdź, czy gęstość optyczna przekracza 0,2.
  7. Stopniowo zwiększać stężenie stresora, zmieniając go na zbiornik zawierający wyższe stężenie stresora.
  8. Pobierać próbki z przystosowanej hodowli za każdym razem, gdy osiąga ona ważny kamień milowy (np. szczep przystosowany do stresu sukcynatu 100 g/L) i przechowywać je do dalszej analizy genomowej.
  9. Do przechowywania próbki wymieszaj próbkę hodowli (0,5 ml) ze sterylnym roztworem glicerolu 80% (0,5 ml) i przechowywaj ją w temperaturze -80 °C. Uwaga: Jeśli mikroorganizm nabierze zdolności do rozkładu stresora podczas procesu ALE, stężenie stresora w fermentacyjnym słoiku nie jest takie samo jak w świeżym rezerwuarze.

5. Izolacja pojedynczej kolonii szczepu adaptowanego do stresu

  1. Przygotuj medium na talerzu agarowym (1,6% agar) zawierającego ten sam stresor i w tym samym stężeniu medium.
  2. Nakładaj hodowlę wylotową (0,1 ml) z chemostatu i inkubuj w temperaturze 37 °C przez 16 godzin.
  3. Pobieraj pojedyncze kolonie z płytki za pomocą sterylnej wykałaczki i zaszczepiaj je w probówkach 15 ml zawierających ten sam stresor i w tym samym stężeniu co w chemiocie, a następnie inkubuj przez 6 godzin.
  4. Przelej 1 ml bulionu hodowlowego do kolby Erlenmeyera o pojemności 250 ml zawierającej 50 ml podłoża. Zbieraj 0,5 ml bulionu hodowlanego co 1 godzinę i mierz przedawkowanie przy 600 nm. Porównaj tempo wzrostu szczepu adaptowanego z tempem wzrostu szczepu typu dzikiego przy danym stresorze.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Fermentor mini-chemostatBiotron Inc.-wyprodukowano na specjalne zamówienie
Rurki krzemoweCole-ParmerMasterflex L/S 13Rozmiar rurki można zmieniać w zależności od szybkości rozcieńczenia i wielkości słoika fermentorowego.
Zbiornik rezerwowyBellcoButelka do przechowywania nośników20 L
ChemikaliaSigma-Aldrich-Stopień odczynników
GlukozaSigma-AldrichG5767Odczynnik ACS
NH₄ClSigma-AldrichA9434dla biologii molekularnej, odpowiedniej do hodowli komórek, ≥99,5%
NaClSigma-Aldrich746398Odczynnik ACS, ≥99%
Na₂HPO₄·2H₂OSigma-Aldrich427298.5-101%
KH₂PO₄Sigma-Aldrich795488Odczynnik ACS, ≥99%
MgSO₄·7H₂OSigma-Aldrich230391Odczynnik ACS, ≥98%
CaCl₂Sigma-Aldrich793639Odczynnik ACS, ≥96%
Tiamina·HClSigma-AldrichT4625Poziom odczynnikowy, ≥99%
Na₂succynate·6H₂OSigma-AldrichS2378ReagentPlus, ≥99%

Tagi

Adaptacyjna ewolucja laboratoryjnahodowla w chemostacieagar zawierający stresorpomiar gęstości optycznejporównanie profilu wzrostuinokulacja w pożywce płynnejszczep typu dzikiegomonitorowanie wzrostu bakterii