Ten protokół opisuje chromatografię wykluczania rozmiaru, łatwą i powtarzalną technikę wzbogacania pęcherzyków zewnątrzkomórkowych Mycobacterium tuberculosis z supernatantów hodowli.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje chromatografię wykluczania rozmiaru, łatwą i powtarzalną technikę wzbogacania pęcherzyków zewnątrzkomórkowych Mycobacterium tuberculosis z supernatantów hodowli.
Rola pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV) w kontekście infekcji bakteryjnej pojawiła się jako nowa droga do zrozumienia fizjologii mikrobiologicznej. W szczególności Mycobacterium tuberculosis (Mtb) EV odgrywają rolę w interakcji gospodarz-patogen i odpowiedzi na stres środowiskowy. Mtb EV są również wysoce antygenowe i wykazują potencjał jako składniki szczepionek. Najpopularniejszą metodą oczyszczania Mtb EV jest ultrawirowanie w gradieniu gęstości. Proces ten ma kilka ograniczeń, w tym niską przepustowość, niską wydajność, zależność od drogiego sprzętu, wyzwania techniczne i może negatywnie wpłynąć na powstałe przygotowanie. Chromatografia wykluczania wielkości (SEC) jest łagodniejszą metodą alternatywną, która zwalcza wiele ograniczeń ultrawirowania. Protokół ten pokazuje, że SEC jest skuteczny w wzbogacaniu Mtb EV i wytwarza wysokiej jakości preparaty Mtb EV o zwiększonej wydajności w szybki i skalowalny sposób. Ponadto porównanie z ultrawirowaniem w gradiencie gęstości za pomocą procedur kwantyfikacji i kwalifikacji pokazuje korzyści płynące z SEC. Podczas gdy ocena ilości EV (analiza śledzenia nanocząstek), fenotypu (transmisyjna mikroskopia elektronowa) i zawartości (Western blotting) jest dostosowana do Mtb EV, zapewniony przepływ pracy można zastosować do innych prątków.
Uwalnianie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV) przez patogeny może być kluczem do odblokowania nowych technologii do kontroli chorób zakaźnych1. Mycobacterium tuberculosis (Mtb) jest patogenem o poważnych konsekwencjach, zaraża około jednej trzeciej światowej populacji i odbiera życie milionom ludzi każdego roku2. Produkcja EV przez Mtb jest dobrze udokumentowana, ale nieuchwytna w biogenezie i różnych rolach (tj. immunostymulacyjnych, immunosupresyjnych, pozyskiwania żelaza i składników odżywczych) tych EV w kontekście infekcji3,4,5. Wysiłki mające na celu zrozumienie składu Mtb EV ujawniły kule zamknięte błoną lipidową o długości 50-150 nm, pochodzące z błony plazmatycznej zawierającej lipidy i białka o znaczeniu immunologicznym3,6. Badania nad rolą Mtb EV w fizjologii bakterii ujawniły znaczenie modulacji bakteryjnej EV w odpowiedzi na stres środowiskowy dla przeżycia5. Badania interakcji gospodarz-patogen były bardziej skomplikowane do interpretacji, ale dowody wskazują, że Mtb EV mogą wpływać na odpowiedź immunologiczną gospodarza i mogą potencjalnie służyć jako skuteczny składnik szczepienia3,4,7.
Większość dotychczasowych badań nad pojazdami elektrycznymi Mtb opierała się na ultrawirowaniu w gradiencie gęstości w celu wzbogacenia pęcherzyków8. Okazało się to skuteczne w przypadku badań na małą skalę; Technika ta wiąże się jednak z kilkoma wyzwaniami technicznymi i logistycznymi. Alternatywne przepływy pracy łączą wieloetapowe wirowanie w celu usunięcia całych komórek i dużych zanieczyszczeń, z końcowym etapem ultrawirowania w celu granulowania pojazdów elektrycznych. Metodologia ta może różnić się wydajnością i często skutkuje niską wydajnością i współoczyszczaniem rozpuszczalnych biomolekuł niezwiązanych z pęcherzykami, wpływając jednocześnie na integralność pęcherzyków9. Ponadto proces ten jest czasochłonny, wymaga ręcznej pracy i jest bardzo ograniczony pod względem przepustowości ze względu na ograniczenia sprzętowe.
Obecny protokół opisuje technikę alternatywną dla ultrawirowania gradientu gęstości: chromatografię wykluczającą rozmiar (SEC). Metoda ta została zademonstrowana dla prątków środowiskowych, a w obecnej pracy została ekstrapolowana do Mtb10. Dostępna na rynku kolumna i automatyczny kolektor frakcji mogą poprawić spójność przygotowania pęcherzowego i zmniejszyć konieczność stosowania specjalistycznego, drogiego sprzętu. Możliwe jest również wykonanie tego protokołu w ułamku czasu w porównaniu z ultrawirowaniem w gradiencie gęstości, co zwiększa przepustowość. Technika ta jest mniej wymagająca technicznie, dzięki czemu jest łatwiejsza do opanowania i może zwiększyć odtwarzalność między i wewnątrz laboratorium. Wreszcie, SEC ma wysoką skuteczność separacji i jest delikatny, zachowując integralność pęcherzyków.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Instytucjonalny Komitet ds. Bezpieczeństwa Biologicznego Uniwersytetu Stanowego Kolorado zatwierdził niniejsze badanie (19-046B). Hodowla prątków gruźlicy i zbiór supernatantów z kultur bogatych w EV przeprowadzono przez przeszkolony personel w laboratorium o wysokim stopniu hermetyzacji. Materiały zostały wyprowadzone z obszaru o wysokim stopniu hermetyczności po przeprowadzeniu, potwierdzeniu i zatwierdzeniu prawidłowej metody inaktywacji przez instytucjonalne polityki bezpieczeństwa biologicznego. Podczas powielania protokołu, jeśli zwalidowana metoda inaktywacji lub sterylnej filtracji nie jest wykonalna, należy wykonać następujące procedury w laboratorium o wysokim stopniu hermetyzacji.
1. Przygotowanie surowego koncentratu Mtb EV
UWAGA: Szczegółowe procedury dotyczące uprawy Mtb i przygotowania białka filtratu kulturowego (CFP) można znaleźć w Bibliografii11,12. Zaleca się, aby pożywki do hodowli bakteryjnych były wolne od suplementów wzrostu zawierających EV lub składników białkowych, takich jak albumina oleinowa i katalaza dekstrozy (OADC) oraz detergentów, takich jak Tween. Zaleca się również, aby jakość kultury bakteryjnej i zebrany CFP były badane przesiewowo, aby zapewnić ograniczoną śmierć komórek i lizę13,14.
2. Chromatografia wykluczania wielkości do wzbogacania Mtb EV z CFP
UWAGA: Poniższa procedura jest specyficzna dla użycia 3 mg 100R Mtb CFP z kolumną SEC i automatycznym kolektorem frakcji (AFC, patrz Tabela Materiałów). Można go dostosować do innych stężeń początkowych i typów kolumn, postępując zgodnie ze specyfikacjami producenta. Dodatkowo użytkownikom zaleca się przeczytanie i zrozumienie instrukcji obsługi automatycznego kolektora frakcji.
3. Kwantyfikacja pojazdów elektrycznych Mtb
4. Kwalifikacja Mtb EV
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Białko z filtratu hodowli (CFP) z Mycobacterium tuberculosis (Mtb) zostało skoncentrowane, poddane ilościowemu oznaczeniu, a następnie 3 mg materiału naniesiono na kolumnę do chromatografii wykluczania cząsteczkowego (SEC). Stężenia białek oraz cząstek wyznaczono odpowiednio metodą BCA i NTA. Przewidywane zakresy odzysku białek i cząstek oraz dokładne wartości uzyskane w tych wynikach przedstawiono w Tabeli 1. Wartości znacznie przekraczające te zakresy mogą wskazywać na zanieczyszczenie lub pro...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe Mycobacterium tuberculosis są wysoce antygenowymi rezerwuarami, co czyni je atrakcyjną drogą do opracowywania narzędzi diagnostycznych i przyszłych szczepionek 4,19,20. Historycznie rzecz biorąc, ultrawirowanie w gradiencie gęstości było stosowane do oddzielania Mtb EV od innych rozpuszczalnych, wydzielanych materiałów8. Chociaż proces ten jest skuteczny, jest również...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Chcielibyśmy podziękować za wsparcie ze strony College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences Experiential Award i College Research Council Shared Research Program dla NKG oraz finansowanie przez ATCC (nagroda # 2016-0550-0002) dla KMD. Chcielibyśmy również podziękować Anne Simpson za wsparcie techniczne i BEI Resources, NIAID, NIH za następujące odczynniki: Monoklonalny Anti-Mycobacterium tuberculosis LpqH (Gen Rv3763), IT-54 (produkowany in vitro), NR-13792, Monoklonalny Anti-My-Mybacterium tuberculosis GroES (Gen Rv3418c), Klon IT-3 (SA-12) (produkowany in vitro), NR-49223 i Monoklonalny Anti-Mycobacterium tuberculosis LAM, Klon CS-35 (produkowany in vitro), NR-13811.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 20x bufor do biegania MES SDS | ThermoFisher Scientific | NP0002 | |
| 96-dołkowa płytka | Corning | 15705-066 | |
| Automatyczny kolektor frakcji | IZON Science | AFC-V1-USD | |
| BenchMark Wstępnie barwiona drabinka białkowa | Invitrogen | 10748010 | |
| Wirówka stołowa | Beckman Coulter | Allegra 6R | |
| Centricon Plus - 70 Filtr odśrodkowy, odcięcie 100 kDa | Millipore Sigma | UFC710008 | Urządzenie do ultrafiltracji używane w kroku 1.1 |
| System elektroblottingu | ThermoFisher Scientific | 09-528-135 | |
| Paraformaldehydowa | mikroskopia elektronowa | Sciences 15714-S | |
| Formvar/Carbon 200 mesh Cu Grids | Mikroskopia elektronowa Nauki | FCF200H-Cu-TA | |
| Kozia Anty-Mysia IgG H& L (fosfataza alkaliczna), cała cząsteczka, 1 ml | AbCam | ab6790 | Przeciwciało wtórne |
| JEM-1400 Transmisyjny mikroskop elektronowy | Zestaw | ||
| Micro BCA Czytnik mikropłytek | ThermoFisher Scientific | 23235 | |
| BIOTEK | Epoch | ||
| Monoklonalny anty-Mycobacterium tuberculosis GroES (Gen Rv3814c) | Zasoby BEI | NR-49223 | Przeciwciało pierwszorzędowe |
| Monoklonalne przeciwciało anty-Mycobacterium tuberculosis LpqH (gen Rv3763) | Zasoby BEI | NR-13792 | Przeciwciało pierwszorzędowe |
| Mono-Mycobacterium tuberculosis LAM, klon CS-35 | Zasoby BEI | NR-13811 | Przeciwciało pierwotne |
| NanoClean 1070 | Fischione Instruments | Do plazmowego czyszczenia siatki TEM | |
| Nanosight wyposażony w pompę strzykawkową i komputer z oprogramowaniem NanoSight NTA | Malvern Panalytical | NS300 | |
| Membrana nitrocelulozowa, rolka, 0,2 μ m | BioRad | 1620112 | |
| NuPAGE 4-12% Bis-Tris Żele białkowe | ThermoFisher Scientific | NP0323BOX | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami, 1X bez wapnia i magnezu | Corning | 21-040-CV | |
| Zestaw do oznaczania białek Pierce BCA | ThermoFisher Scientific | 23225 | |
| PowerPac Basic Power Supply | BioRad | 1645050 | |
| qEV Oryginalny 35 nm 5/pk | IZON Science | SP5-USD | SEC kolumna SDS |
| bufor próbki | Boster | AR1112 | Autorska receptura używana w tej procedurze, jednak ten produkt jest odpowiednikiem |
| komory żelowej SDS-PAGE | ThermoFisher Scientific | EI0001 | |
| Sigmafast BCIP/NBT | Millipore Sigma | B5655 | |
| Silver Stain Plus Kit | BioRad | 1610449 | Wewnętrzny protokół używany w tej procedurze, jednak ten zestaw jest równoważny |
| Octan uranylu | Mikroskopia elektronowa Sciences | 22400 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.