Ten protokół opisuje ilościowe podejście do pomiaru autoagregacji drobnoustrojów za pomocą obrazowej cytometrii przepływowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje ilościowe podejście do pomiaru autoagregacji drobnoustrojów za pomocą obrazowej cytometrii przepływowej.
Pożyteczne i probiotyczne bakterie odgrywają istotną rolę w swoich gospodarzach, zapewniając różne korzyści zdrowotne, w tym odporność na choroby zakaźne. Rodzina Lactobacillaceae składa się z bakterii Gram-dodatnich o potwierdzonych właściwościach probiotycznych. W badaniu wykorzystano gatunki Lactobacillaceae jako model w celu wykazania skuteczności wysokoprzepustowej analizy pojedynczej komórki w badaniu agregacji komórek. Nacisk kładziony jest na analizę reakcji tych pożytecznych gatunków na węglowodany proste z diety.
Badanie pokazuje, jak obrazowanie cytometrii przepływowej (IFC) może przezwyciężyć fundamentalne różnice w tworzeniu bakterii probiotycznych w obecności i braku węglowodanów. IFC łączy moc i szybkość konwencjonalnej cytometrii przepływowej z rozdzielczością przestrzenną mikroskopii, umożliwiając wykonywanie złożonych pomiarów morfometrycznych o wysokiej szybkości w zdefiniowany fenotypowo sposób w bibliotece pożytecznych szczepów i warunków bakteryjnych. Protokół ten zapewnia wgląd w automatyczną agregację gatunków Lactobacillaceae i rzuca światło na ich reakcję na węglowodany w diecie, przyczyniając się do zrozumienia mechanizmów stojących za korzystnym działaniem tych bakterii probiotycznych.
Autoagregacja bakterii jest uważana za podstawowy etap tworzenia biofilmu. W tym procesie (czasami nazywanym również autoaglutynacją lub flokulacją) bakterie tego samego typu tworzą wielokomórkowe grudki, które ostatecznie osiadają na dnie probówek hodowlanych lub przyczepiają się do docelowej tkanki lub powierzchni1.
Autoagregacja jest powszechnie obserwowanym zjawiskiem i do tej pory wykazano je w patogenach Gram-ujemnych, takich jak oportunistyczny patogen Acinetobacter baumannii2, patogen stomatologiczny Aggregobacter actinomycetemcomitans3, oraz pojawiający się patogen Burkholderia pseudomallei4. Autoagregacja została również opisana w kilku probiotycznych szczepach Gram-dodatnich 5,6,7,8. U Lactobacillus (L.) acidophilus autoagregacja była częściowo pośredniczona przez białka warstwy S i korelowała z adhezją do xylan7. Podobnie znaleźliśmy korelację między zależną od glukozy autoagregacją a indukcją właściwości adhezyjnych (ocenianych na podstawie adhezji do mucyny) gatunków probiotycznych Lacticaseibacillus rhamnosus GG, Lacticaseibacillus casei, L. acidophilus, Lacticaseibacillus paracasei i Lactiplantibacillus plantarum5. Zwiększona autoagregacja najprawdopodobniej odzwierciedlała zmiany w ekspresji adhezyn komórkowych w odpowiedzi na glukozę i jej katabolity9. Podczas gdy molekularne mechanizmy autoagregacji pozostają do ustalenia, wykazano, że proces ten zmienia fenotyp zagregowanych bakterii i nadaje im zwiększoną tolerancję na stresory środowiskowe1, a także zwiększoną czułość na cząsteczki quorum sensing10.
Do pomiaru autoagregacji użyto kilku podejść; jednym z eksperymentalnych podejść jest pozostawienie kultur statycznie w wąskich probówkach hodowlanych przez określony czas. Kultury kontrolne pozostają mętne, podczas gdy kultury autoagregacji osadzają się na dnie probówki. Bardziej ilościowe podejście mierzy autoagregację za pomocą testu sedymentacji lub osiadania11.
Cytometria przepływowa jest również coraz częściej stosowana w ostatnich latach do badania autoagregacji bakterii. Ta metoda jest odpowiednia do analizy cząstek o wielkości od około 0,5 do 1000 μm. Pojedyncza bakteria lub utworzone agregaty są zawieszone w płynie, podawane do strumienia i mogą być wykrywane jeden po drugim11. Rejestrowanie światła rozproszonego do przodu pozwala na pomiar względnej wielkości komórki lub agregatu. Jest stosunkowo szybki i prosty, ale nie jest w stanie wykryć kilku parametrów, takich jak rozmiar agregacji lub średnia liczba komórek w agregatach. W związku z tym podejście to może być uzupełniane mikroskopijnie, co pozwala na sprawdzenie większej liczby parametrów12. Tradycyjna mikroskopia jest jednak czasochłonna, a tym samym ogranicza liczbę badanych próbek i moc statystyczną analizy. Ogólnie rzecz biorąc, obrazowa cytometria przepływowa zapewnia kilka funkcji w porównaniu z tradycyjną cytometrią przepływową, takich jak jednoczesna analiza morfologii i fenotypu komórek, przeprowadzanie analizy opartej na obrazie, wykrywanie rzadkich zdarzeń i walidacja danych cytometrii przepływowej13. Zalety te zwiększają możliwości cytometrii przepływowej i ułatwiają bardziej szczegółowe badanie populacji komórek.
To badanie dostarcza cennego protokołu do obrazowania cytometrii przepływowej w celu monitorowania autoagregacji u bakterii kwasu mlekowego (LAB). Te pałeczki Gram-dodatnie są fakultatywnymi beztlenowcami i należą do grupy LAB. Te wydajne fermentatory glukozy wytwarzają kwas mlekowy jako główny produkt końcowy metabolizmu węglowodanów14. Bakterie te są korzystnymi podstawowymi członkami mikrobiomu i naturalnie występują w przewodzie pokarmowym (GIT) ludzi i zwierząt, a także w drogach moczowo-płciowych samic15. W związku z tym dokładna charakterystyka ich właściwości autoagregacji ma duże znaczenie biotechnologiczne i kliniczne.
Nasze poprzednie odkrycia wskazywały, że podstawowy poziom autoagregacji różni się między różnymi szczepami probiotycznymi. Na tę niejednorodność mają wpływ różne węglowodany używane jako źródło węgla5. Aby przezwyciężyć tę fundamentalną właściwość bakterii probiotycznych, monitorowano wpływ węglowodanów z diety na autoagregację na poziomie pojedynczej komórki za pomocą IFC. To podejście oparte na IFC łączy moc i szybkość tradycyjnych cytometrów przepływowych z rozdzielczością mikroskopu. W związku z tym umożliwia wykonywanie złożonych pomiarów morfometrycznych o dużej szybkości w fenotypowo zdefiniowany sposób16,17. Podejście to można rozszerzyć na inne bakterie probiotyczne i chorobotwórcze, w połączeniu z fluorescencyjnymi reporterami w celu monitorowania ekspresji genów oraz szczepami znakowanymi fluorescencyjnie w celu monitorowania obecności i liczebności określonych gatunków bakterii w heterogenicznych agregatach.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Plik .ast, z szablonem dla Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG) jako przykładem, znajduje się w Dodatkowym Pliku Kodowania 1.
1. Przygotowanie mediów
2. Przygotowanie próbek
UWAGA: Ten krok obejmuje ocenę agregacji komórek w odpowiedzi na fermentujący lub niefermentujący cukier z naszej diety. Schematyczne przedstawienie procesu przygotowania próbki przedstawiono na rysunku Rysunek 1.
3. Akwizycja danych
4. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki dowodzą, że metoda ta pozwala na łatwy pomiar różnic w autoagregacji w odpowiedzi na cukry zawarte w diecie bakterii LAB. Dzięki oddzieleniu pojedynczych komórek od agregatów, metoda ta umożliwia obliczenie procentowego udziału zdarzeń agregacyjnych w całej populacji w odpowiedzi na fermentowalne lub niefermentowalne cukry z diety. Dodatkowo możliwe było zmierzenie, czy istnieją różnice w średniej wielkości populacji agregatów pomiędzy poszczególnymi wariantami doświadczalnymi.
Reprezen...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Cytometria przepływowa jest szeroko stosowaną metodą ilościowego określania intensywności fluorescencji w komórkach eukariotycznych, ale może nie zapewniać dokładnych pomiarów dla komórek bakteryjnych ze względu na ich większy rozmiar lub małe agregaty. Czynniki te mogą mieć znaczący wpływ na precyzyjną kwantyfikację autoagregacji i podstawowy poziom tworzenia agregatów w różnych warunkach. Aby rozwiązać ten problem, zastosowano obrazową cytometrię przepływową (IFC), aby uzyskać lepszą rozdzielczość wpływu węglowodanów n...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ta praca była wspierana przez Izraelską Fundację Naukową (Grant 119/16) i IMoh grant (3-15656) dla IKG. R.S. wspierany przez stypendium Kreitmana.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 14 ml probówki | hodowlane Falcon | 352051 | |
| 15 ml probówka wirówkowa | Falcon | 352096 | |
| Bacto Agar | Baeton, Dickinson and Company | 214010 | |
| Bacto Typowy bulion sojowy | Baeton, Dickinson and Company | 211825 | |
| D-(+)-Glukoza | Sigma | G7021-1KG | |
| D-(+)-rafinoza pentahydrat | Sigma | 83400-25G | |
| Difco Lactobacilli MRS bulion | Baeton,Dickinson and Company | 288130 | |
| EASY-LOCK MICROPR. 1,5 ml (Eppendorf) | FL medical | 23053 | |
| IDEAS Oprogramowanie | Amnis/EMD Millipore | N/A | Szczegóły dostępne na stronie: https://www.merckmillipore.com/INTL/en/20150212_144049?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F&bd=1 |
| ImageStream X Mark II | Amnis/EMD Millipore | N/A | Szczegóły dostępne pod adresem: https://www.merckmillipore.com/INTL/en/20150121_205948?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F |
| MOPS, kwas 3-(N-morfolino)propanosulfonowy | Odczynniki Fisher | BP308-500 | |
| Fosforan potasu dwuzasadowy | Fisher Scientific, 174,18 g/mol | BP363-1 | |
| Fosforan potasu jednozasadowy | Sigma, 136,09 g/mol | P0662-500G |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.