Opisujemy techniki utrwalania, zatapiania parafiny i cienkiego cięcia biofilmów kolonii mikroorganizmów. W przygotowanych próbkach za pomocą mikroskopii można uwidocznić podstrukturę biofilmu i wzorce ekspresji reporterowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy techniki utrwalania, zatapiania parafiny i cienkiego cięcia biofilmów kolonii mikroorganizmów. W przygotowanych próbkach za pomocą mikroskopii można uwidocznić podstrukturę biofilmu i wzorce ekspresji reporterowej.
Cięcie poprzez zatapianie parafiny jest szeroko rozpowszechnioną techniką w systemach eukariotycznych. W tym miejscu przedstawiamy metodę utrwalania, osadzania i cięcia nienaruszonych biofilmów kolonii drobnoustrojów za pomocą perfundowanego wosku parafinowego. Aby dostosować tę metodę do stosowania na biofilmach kolonijnych, opracowaliśmy techniki utrzymywania każdej próbki na podłożu wzrostowym i laminowania jej warstwą agaru, a także dodaliśmy lizynę do roztworu utrwalającego. Optymalizacje te poprawiają retencję próbek i zachowanie cech mikromorfologicznych. Tak przygotowane próbki są podatne na cienkie przekroje i obrazowanie za pomocą mikroskopii świetlnej, fluorescencyjnej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Zastosowaliśmy tę technikę do biofilmów kolonii Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas synxantha, Bacillus subtilis i Vibrio cholerae. Wysoki poziom szczegółowości widoczny w próbkach generowanych tą metodą, w połączeniu z inżynierią szczepów reporterowych lub zastosowaniem określonych barwników, może dostarczyć ekscytujących informacji na temat fizjologii i rozwoju społeczności drobnoustrojów.
Większość mikrobów ma zdolność do tworzenia biofilmów, społeczności komórek utrzymywanych razem przez samodzielnie wyprodukowane matryce. Biofilmy mogą być uprawiane w wielu typach konfiguracji fizycznych, z różnymi reżimami dostarczania składników odżywczych i substratów. Specyficzne testy tworzenia biofilmu mają tendencję do uzyskiwania powtarzalnych struktur wielokomórkowych, a wspólne architektury obserwuje się dla gatunków zróżnicowanych filogenetycznie na poziomie społeczności lub makroskopowym. Gdy mikroorganizmy są hodowane jako kolonie na stałym podłożu pod atmosferą, morfologia makroskopowa przekazuje informacje o zdolności do produkcji matrycy i często koreluje z innymi cechami 1,2,3. Wewnętrzna architektura kolonii drobnoustrojów może również dostarczyć wskazówek dotyczących chemii i fizjologii specyficznej dla biofilmu, ale była trudna do scharakteryzowania. Niedawne zastosowania technik krioempensji i kriosekcji kolonii bakteryjnych umożliwiły obrazowanie i wizualizację określonych cech w niespotykanej dotąd rozdzielczości 4,5,6. Jednak badania na tkankach zwierzęcych wykazały, że osadzanie parafiny zapewnia lepsze zachowanie morfologii w porównaniu z krioemtopowaniem 7 i zostało wykorzystane do wizualizacji bakterii w tkankach 8,9. W związku z tym opracowaliśmy protokół utrwalania, zatapiania parafiny i cienkiego cięcia biofilmów kolonii drobnoustrojów. W tym miejscu opiszemy przygotowanie cienkich odcinków biofilmu kolonii Pseudomonas aeruginosa PA14 10,11, ale z powodzeniem zastosowaliśmy tę technikę również do biofilmów tworzonych przez bakterie Pseudomonas synxantha, Bacillus subtilis i Vibrio cholerae12.
Proces zatapiania parafiny i cienkiego cięcia biofilmów przebiega zgodnie z prostą logiką. Po pierwsze, biofilmy są otoczone warstwą agaru w celu zachowania morfologii podczas przetwarzania. Po drugie, otoczone biofilmy są zanurzane w utrwalaczu w celu usieciowania makrocząsteczek i zachowania mikromorfologii. Są one następnie odwadniane alkoholem, oczyszczane bardziej niepolarnym rozpuszczalnikiem, a następnie infiltrowane płynnym woskiem parafinowym. Po infiltracji próbki są umieszczane w blokach woskowych w celu podziału. Sekcje są cięte, montowane na szkiełkach, a następnie ponownie nawilżane, aby przywrócić je do bardziej natywnego stanu. Od tego momentu można je wybarwić lub pokryć podłożem montażowym do analizy mikroskopowej.
Ten protokół wytwarza cienkie odcinki biofilmów mikrobiologicznych nadające się do analizy histologicznej. Podstruktury biofilmu kolonii są widoczne, gdy cienkie skrawki przygotowane tą metodą są obrazowane za pomocą mikroskopii świetlnej. Biofilmy mogą być również hodowane na podłożach zawierających barwniki fluorescencyjne specyficzne dla poszczególnych cech lub barwione na etapie ponownego uwodnienia, bezpośrednio przed montażem (kroki 9.5-9.6). Wreszcie, mikroorganizmy mogą być modyfikowane tak, aby wytwarzały białka fluorescencyjne w sposób konstytutywny lub regulowany, umożliwiając raportowanie in situ dystrybucji komórek lub ekspresji genów w tych społecznościach. Użyliśmy tych metod do określenia głębokości biofilmu kolonii, rozmieszczenia komórek, rozmieszczenia macierzy, wzorców wzrostu i czasoprzestrzennej ekspresji genów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Wzrost biofilmów kolonii Pseudomonas aeruginosa
2. Przygotowanie roztworu utrwalającego
3. Bezpośrednie zastosowanie utrwalacza do biofilmu kolonii [opcjonalnie]
UWAGA: Odkryliśmy, że morfologia biofilmu jest najlepiej zachowana, gdy nakładka agarowa jest dodawana przed utrwaleniem. Jednak ten krok stanowi również zmianę warunków środowiskowych, która może wpływać na ekspresję genów. Wzorce ekspresji fluorescencyjnego reportera powinny być zatem weryfikowane przy użyciu oddzielnego protokołu, w którym etap utrwalania przeprowadza się przed dodaniem nakładki agarowej, jak opisano tutaj.
4. Nakładanie kolonii agarem
5. Fiksacja
6. Przetwarzanie próbek: Mycie bufora, odwadnianie, oczyszczanie i infiltracja
7. Osadzanie próbki
8. Podział na sekcje
9. Utrwalanie termiczne, nawadnianie i montaż
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Metoda ta pozwala na przygotowanie cienkich przekrojów biofilmu, w których poszczególne cechy morfologiczne i strefy ekspresji genów można obrazować za pomocą DIC, mikroskopii fluorescencyjnej oraz TEM. Choć obrazowanie DIC z użyciem obiektywu imersyjnego 40X może być wystarczające do ukazania niektórych cech morfologicznych (Rysunek 2E), stwierdzono, że mikroskopia fluorescencyjna szczepów zmodyfikowanych do konstytutywnej ekspresji białka fluorescencyjnego ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Próbki tkanek zatapiające w parafinie i cienkowarstwowe są klasyczną techniką histologiczną, która umożliwia obrazowanie struktur mikromorfologicznych i jest powszechnie stosowana w tkankach eukariotycznych i została zastosowana z pewnym powodzeniem do próbek drobnoustrojów 8,9. Podczas gdy zatapianie w parafinie pozwala na silne zatrzymanie endogennego i immunofluorescencyjnego sygnału, osadzanie parafiny jest ogólnie preferowane, ponieważ zapewnia lepsze zachow...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez NSF CAREER AWARD 1553023 oraz nagrodę NIH/NIAID R01AI103369.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Pipeta Pasteura 5 3/4" | Fisher Scientific | 13-678-6A Zakupiona | w uniwersyteckich sklepach biologicznych |
| Agar | Teknova | A7777 | |
| Kolba aspiratora Buchnera (próżniowego) | Pyrex | 5340 | Zakupiony w uniwersyteckich biosklepach |
| Chemicznie odporny pisak do znakowania | VWR | 103051-182 | Producent: Lakier do paznokci Leica |
| Clear | Kupiony w sklepie | ||
| Congo Red Indicator Grade | VWR | AAAB24310-14 | Producent: Alfa Aesar |
| Coomassie Blue | VWR | EM-3340 | Producent: EMD Millipore |
| TRIS-buffered Mounting Medium (z DAPI) | Fisher Scientific | 50 247 04 | Producent: Mikroskopia elektronowa Nauki |
| Osadzanie formy | Drukowana w 3D | ||
| wewnętrzna forma do osadzania (komercyjna) | Mikroskopia elektronowa Nauki | 70182 | |
| Etanol 200P | Decon Labs, Inc. | 2701 | Zakupiony w biosklepach uniwersyteckich |
| Szczotka z cienką końcówką kupiona | w Sklepie, pędzel | ||
| Szkiełka nakrywkowe do szkła 60x22mm | Fisher Scientific | 12-519-21C | |
| Szklana koperta do nawilżania | Ted Pella | 21043 | 20 slajdów |
| Histoclear-II, środek czyszczący na bazie olejku pomarańczowego | Fisher Scientific | 50 899 90150 | Producent: National Diagnostics |
| Histosette, Kaseta do zatapiania | Fisher Scientific | 15 182 701A | |
| Chlorowodorek L-lizyny | Fisher Scientific | BP386 100 | |
| Niskoprofilowe ostrza mikrotomu | Fisher Scientific | 22 210 048 | Producent: Turcja |
| Mikropipeta | VWR | 89080-004 | Zestaw promocyjny |
| końcówek do mikropipet | Zobacz sekcję komentarzy | Zobacz sekcję komentarzy | p10 (Fisher Scientific, 02 707 469), p200 (VWR, 89079-474), p1250 (VWR, 89079-486) |
| Mikrotom | Fisher Scientific | 905200U/00016050 | Model: HM355S, Producent: Microm, NON-CATALOG, Vendor Catalog # 905200U/00016050 |
| Formaldehyd, 37% Wodny (formalina) | Ricca Chemical | RSOF0010-500A | |
| Paraplast Xtra (wosk parafinowy) | VWR | 15159-486 | Producent: McCormick Scientific |
| Szalki Petriego kwadratowe 100x100x15mm | Laboratoryjne produkty jednorazowego użytku | D210-16 | |
| Chlorek potasu | Chemikalia EMD | PX1405-1 | Składnik soli fizjologicznej buforowanej fosforanami, przygotowany we własnym zakresie |
| Fosforan potasu | Fisher Scientific | P380-500 | Składnik soli fizjologicznej buforowanej fosforanami, przygotowany we własnym zakresie |
| Żyletki | VWR | 55411-050 | Zakupiony w uniwersyteckich sklepach biologicznych |
| Podgrzewacz do slajdów | Fisher Scientific | NC0865259 | NON-CATALOG, Katalog dostawcy # 12857D |
| Chlorek sodu | VWR | 0241-1KG | Składnik soli fizjologicznej buforowanej fosforanami, przygotowany we własnym zakresie |
| Fosforan sodu | VWR | BDH9296.500,Składnik | soli fizjologicznej buforowanej fosforanami, przygotowany we własnym zakresie |
| Szkiełka histologiczne Suprafrost | Fisher Scientific | 12-544-2 | |
| Kąpiel wodna do flotacji tkanek | Fisher Scientific | NC0815797 | Producent: Ted Pella, Katalog dostawców # 28156-B |
| Automatyczny procesor tkanek | Fisher Scientific | 813160U/Q#00009061 | Model: STP120 Procesor tkanek |
| Trypton | Teknova | T9012 | |
| Ekstrakt drożdżowy | Teknova | Y9010 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.