W tym badaniu, nano-mikroprzepływowa komora przepływowa została wykorzystana do wizualizacji i funkcjonalnego scharakteryzowania drgań Xylella fastidiosa, bakterii wywołującej chorobę Pierce'a u winorośli.
Artykuł metodologiczny
W tym badaniu, nano-mikroprzepływowa komora przepływowa została wykorzystana do wizualizacji i funkcjonalnego scharakteryzowania drgań Xylella fastidiosa, bakterii wywołującej chorobę Pierce'a u winorośli.
Xylella fastidiosa to Gram-ujemna, niewiciowa bakteria, która powoduje szereg ważnych ekonomicznie chorób roślin. Ruchliwość drgań zapewnia X. fastidiosa środek do przemieszczania się i kolonizacji wewnątrz rośliny na duże odległości, przyczyniając się do patogenności X. fastidiosa. Ruchliwość drgań X. fastidiosa jest obsługiwana przez pilusy typu IV. Pilusy typu IV Xylella fastidiosa są regulowane przez pilG, regulator chemotaksji w operonach Pil-Chp kodujących białka, które są zaangażowane w szlaki transdukcji sygnału. Aby wyjaśnić rolę PilG w drgającej ruchliwości X. fastidiosa, opracowano mutant XfΔpilG z niedoborem pilG i jego komplementarny szczep XfΔpilG-C zawierający natywny PilG. Komory mikroprzepływowe zintegrowane z systemem rejestracji obrazu poklatkowego wykorzystano do obserwacji ruchliwości drgań w XfΔpilG, XfΔpilG-C i jego dzikim szczepie. Korzystając z tego systemu rejestracji, pozwala na długoterminowe obserwacje przestrzenne i czasowe agregacji, migracji pojedynczych komórek i populacji bakterii poprzez ruchliwość drgań. Szczep X. fastidiosa typu dzikiego i komplementarny XfΔpilG-C wykazywał typowe cechy ruchliwości drgań bezpośrednio obserwowane w mikroprzepływowych komorach przepływowych, podczas gdy zmutowany XfΔpliG wykazywał fenotyp z niedoborem drgań. Badanie to pokazuje, że pilG przyczynia się do drgań X. fastidiosa. Mikroprzepływowa komora przepływowa służy jako środek do obserwacji ruchliwości drgań.
Xylella fastidiosa to Gram-ujemna, niewiciowa, patogenna bakteria, która powoduje szereg ważnych ekonomicznie chorób upraw, w tym chorobę Pierce'a u winorośli (Vitis vinifera L.)1,2, 3. Bakteria ta jest ograniczona do naczyń ksylemu przewodzących wodę. Zakażenie winorośli powoduje zablokowanie naczyń ksylemu i powoduje stres wodny oraz niedobory żywieniowe3. Udana kolonizacja zależy od zdolności bakterii do przemieszczania się z początkowego miejsca infekcji do reszty rośliny3. Ruchliwość drgań jest sposobem niezależnego od wici ruchu bakterii poprzez rozciąganie, przyczepianie i chowanie polarnych pili IV typu4, które zostały scharakteryzowane u X. fastidiosa5,6,7.
Ruchliwość drgań została zaobserwowana za pomocą pęsety laserowej i mikroskopii sił atomowych (AFM) 8,9,10. Stosując te techniki, drgające ruchy generowane przez pilus typu IV N. gonorrhoeae i P. aeruginosa charakteryzowano poprzez fluorescencyjne znakowanie pilusów i mikroskopijne rejestrowanie ich ruchów. Chociaż obie metody szczegółowo opisują siłę adhezyjną poszczególnych bakterii, procedury są skomplikowane i czasochłonne9,10. Komory mikroprzepływowe wykorzystano do obserwacji długodystansowej migracji pojedynczych komórek, a także małych agregatów komórek bakteryjnych5,6. Komory te zostały zaprojektowane jako mikrofabrykowany nano-kanał w płytce zintegrowanej z systemem rejestracji obrazu poklatkowego11,12,13,14. Urządzenia z komorami mikroprzepływowymi oferują kilka korzyści w badaniu zachowania ruchowego i interakcji komórka-komórka bakterii: (i) zapewniają zintegrowaną platformę z możliwością korzystania z wielu kanałów; (ii) może badać ruchy i agregacje pojedynczych komórek w nanoskalowych cechach bakterii; (iii) umożliwia bezpośrednią rejestrację obrazów mikroskopowych komórek bakteryjnych i analizę poklatkową, (iv) zapewnia długoterminowe obserwacje przestrzenne i czasowe poszczególnych i/lub populacji bakterii w mikrośrodowisku; (v) natężenie przepływu pożywki hodowlanej w kanale może być precyzyjnie kontrolowane i (vi) do każdego doświadczenia wymagana jest tylko bardzo mała objętość (1 ml) pożywki hodowlanej.
Ostatnio, system przepływu mikroprzepływowego został wykorzystany do badania zachowań komórek bakteryjnych w różnych mikrośrodowiskach 14,15,16. Przyczepność i przyczepność powierzchniową E. coli15, X. fastidiosa16 i Acidovorax citrulli14 do powierzchni szklanych oceniano za pomocą komór mikroprzepływowych. Analizowano agregację i tworzenie biofilmu, w którym pośredniczą pilusy typu IV Acidovorax citrulli 14. Co więcej, ruch A. citrulli obserwowany w warunkach przepływu wykazał, że pilus typu IV może odgrywać ważną rolę w kolonizacji i rozprzestrzenianiu się A. citrulli w naczyniach ksylemu w warunkach przepływu soków. Drgające ruchy komórek Pseudomonas aeruginosa i X. fastidiosa z powodzeniem zaobserwowano pod prądem płynu w mikroprefabrykowanej komorze przepływowej5,6,17. Stwierdzono, że mutanty pilB i pilQ X. fastidiosa z niedoborem pilusa typu IV głęboko zmieniają prędkość ruchliwości drgań w warunkach przepływu w urządzeniach mikroprzepływowych5,6,18. Badania przeprowadzone nad adhezją i ruchliwością bakterii w urządzeniach mikroprzepływowych wykazały, że komory mikroprzepływowe są szczególnie odpowiednie do analizy ruchliwości drgań i migracji bakterii za pośrednictwem pili in vitro. Wyniki te wyjaśniają mechanizm migracji za pośrednictwem drgawek, który ułatwia przyczepianie się do komórek, agregację i kolonizację w organizmie gospodarza, ostatecznie prowadząc do infekcji ogólnoustrojowej.
Operon Pil-Chp X. fastidiosa zawiera pilG, pilI, pilJ, pilL, chpB i chpC, które kodują ścieżki transdukcji sygnału20. Chemoreceptory transbłonowe wiążą bodźce chemiczne w domenie peryplazmatycznej i aktywują kaskadę sygnalizacyjną w swojej części cytoplazmatycznej, aby ostatecznie kontrolować ruchliwość drgań bakterii. W operonie Pil-Chp X. fastidiosa, białko fosfo-wahadłowe PilG jest homologiem CheY. U E. coli i P. aeruginosa CheY jest regulatorem odpowiedzi w systemach chemotaksji, które oddziałują z białkami motorycznymi wici19,21. Chociaż wkład operonu Pil-Chp w zjadliwość X. fastidiosa został niedawno zbadany20, rola pilG w operonie chemotaksji w odpowiedzi na sygnały środowiskowe i na regulowane/motoryczne pilusy typu IV X. fastidiosa jest niejasna. Aby wyjaśnić wgląd regulatora chemotaksji pilG w aktywność ruchliwości drgań X. fastidiosa, stosuje się komorę mikroprzepływową do oceny ruchliwości drgań X. fastidiosa. PilG X. fastidiosa charakteryzuje sięporównaniem fenotypów mutanta delecyjnego XfΔpliG, komplementarnego szczepu XfΔpliG -C i jego dzikiego typu in vitro. Wyniki podkreślają rolę pilG w ruchliwości drgań X. fastidiosa.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Peryferyjne obrzeża kolonii bakteryjnej
2. Mikroskopia i mikroprzepływowe komory przepływowe
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Obecność obwodowego prążka kolonii, wskazująca na ruchliwość drgań za pośrednictwem pilusa typu IV, zaobserwowano w koloniach X. fastidiosa typu dzikiego i komplementarnego szczepu XfΔpliG-C (Rysunek 1). Zmutowany XfΔpliG nie wykazywał jednak prążka na obrzeżach kolonii (ryc. 1). Obrazowanie poklatkowe komórek bakteryjnych w nano-mikroprzepływowych komorach przepływowych ujawniło, że ruchliwość drgań zaobserwowano zarów...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym badaniu scharakteryzowaliśmy zachowanie ruchowe mutanta X. fastidiosa PilG XfΔpilG i jego komplementarnych szczepów XfΔpilG-C w nowo zaprojektowanych wielokanałowych równoległych nanokanałowych komorach mikroprzepływowych. Nowo zaprojektowane komory mikroprzepływowe mogą mieć do czterech równoległych komór o szerokości nanokanału 100 μm, w porównaniu z wcześniejszymi konstrukcjami z tylko jednym kanałem o szerokości 50 μm18. Ulepszony, szerszy nanokanał ułatwi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
To badanie było wspierane przez Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych, Służbę Badań Rolniczych. Nazwy handlowe lub produkty handlowe w tej publikacji są wymienione wyłącznie w celu dostarczenia konkretnych informacji i nie oznaczają rekomendacji ani poparcia ze strony Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych. USDA jest dostawcą równych szans i pracodawcą.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Biology materials | |||
| X. fastidiosa (Xf) Temecula wild type | Costa, H. S., et al., 2004 22 | ||
| >pilG mutant delecji XfΔ pliG | Shi, X. Y., et al., 2007 26 | ||
| pilG szczep komplementarny XfΔ pliG-C | Davis, M. J., et al. 1998 23 | ||
| Materiały fizyczne i sprzęt | |||
| Jednorazowe pętle inokulacyjne | VWR international, Radnor, PA | #22-363-607 | procedury ilościowe, takie jak zbieranie bakterii |
| Polidimetylosiloksan (PDMS) | Dow Corning Corporation | #0002709226 | Sylgard 184 silikonowe zestawy elastomerowe |
| AmScope MD2000 kamera cyfrowa | AmScope, Irvine, CA | SE305R-AZ-E | Nagrywanie obrazu, wideo i pomiar |
| Linia rur | Edgewood, NY | Podłączona do strzykawki i komory mikroprzepływowej | |
| Plastikowe złącza luer | Edgewood, NY | Podłączone do strzykawki i komory mikroprzepływowej | |
| Pompy strzykawkowe | Pico Plus, Harvard Apparatus, MA | #702209 | Natężenie przepływu można regulować podczas pracy pompy. |
| Strzykawki | gazoszczelne, Hemilton Company, Reno, NV | #1005 | Zapewnij płynący bulion |
| Odwrócony mikroskop Olympus IMT-2 | Olympus | IMT-2 FLuoro PHase | Obserwacja i rejestracja obrazu |
| Kamera cyfrowa SPOT-RT | Diagnostic Instruments, Inc., MI | RT230 | Nagrywanie obrazu, wideo i pomiar |
| Migawka mikroskopu | UNIBLITZ, US | #LS2T2 | Kamera sterująca" s czas naświetlania |
| System sterowania migawką mikroskopu | UNIBLITZ, US | VCM-D1 | VCM-D1 Jednokanałowy sterownik migawki zatwierdzony przez CE/UL/CSA |
| Oprogramowanie MetaMorph Image | Universal Imaging Corp., PA | Przetwarzanie obrazu w super rozdzielczości w czasie rzeczywistym |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie