Oddzielanie bakterii według ilości kapsułek za pomocą nieciągłego gradientu gęstości
7 stycznia 2019
Pokazujemy użycie nieciągłych gradientów gęstości do rozdzielania populacji bakterii na podstawie produkcji kapsułek. Metoda ta służy do porównywania ilości kapsułek między kulturami, izolowania mutantów o określonym fenotypie kapsułki lub do identyfikacji regulatorów kapsułki. Opisano tutaj optymalizację i przebieg testu.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie Klebsiella, takie jak to, które geny są używane do regulacji kapsułki i związanych z nią wirulentów. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że zapewnia ona środki do fizycznego oddzielenia szczepów kapsułkowanych i niekapsułkowanych, a także może być wykorzystywana do szybkich porównań między szczepami do produkcji kapsułek. Chociaż metoda ta została opracowana w celu zbadania regulacji kapsułek u Klebsiella, można ją również zastosować do różnych gatunków bakterii.
Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, będą miały trudności, ponieważ nalewanie gradientów i dodawanie komórek do gradientów może być dość trudne. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ pokazujemy techniki, które są trudne do opanowania, podając sugestie i wskazówki, które pomogą użytkownikowi. Na początek wybierz pojedynczą kolonię z talerza podstawowego ze sterylną pętlą i zaszczep 10 mililitrów odpowiedniego bulionu.
Inkubuj kulturę przez noc. Następnie przenieś kulturę do 15-mililitrowej probówki i odwiruj. Następnie wyrzucić supernatant i ponownie zawiesić osad w dwóch mililitrach PBS.
Powtórzyć wirowanie i odrzucić powstały supernatant. Następnie ponownie zawiesić osad w dwóch mililitrach PBS. Aby utworzyć rozcieńczenia gradientu gęstości, należy połączyć podłoże o gradiencie gęstości z PBS.
Następnie podniec 600 mikrolitrów każdego rozcieńczenia gradientowego na pojedyncze dwumililitrowe probówki. Weź 100 mikrolitrów komórek za pomocą pipety o pojemności 200 mikrolitrów i umieść końcówkę pipety z boku rurki tuż pod menisku jednego z wielu gradientów. Odsysaj komórki bakteryjne do gradientu bardzo powoli, uważając, aby nie zmieszać interfejsu.
Odwirować przygotowane probówki przez 10 minut przy stężeniu 8 000 g. Następnie przenieś probówki do stojaka, aby zobrazować minimalne rozcieńczenie gradientu wymagane do utrzymania komórek tuż nad warstwą gradientu. Najpierw przenieś jeden mililitr najbardziej rozcieńczonego rozcieńczenia gradientu gęstości do pięciomililitrowej probówki z okrągłym dnem.
Za pomocą strzykawki z igłą o średnicy 1,5 cala pobierz jeden mililitr następnego najbardziej skoncentrowanego gradientu gęstości. Umieścić igłę na dnie probówki i bardzo powoli wstrzykiwać zawartość strzykawki. Na każdym etapie gradientu gęstości musi znajdować się wyraźny interfejs.
Jeśli warstwy się zmieszają, nie osiągniesz czystej separacji bakterii. Delikatnie wyjąć igłę z gradientu, aby nie naruszyć granicy faz między rozcieńczeniami gradientu. Następnie umieść rurkę w stojaku.
Ostrożnie dodaj 600 mikrolitrów przygotowanych komórek do górnej części gradientu w probówce. Następnie umieść rurkę w adapterze do probówki i zważ rurkę z adapterem, aby zapewnić równowagę. Następnie umieść adapter probówki w wirniku o stałym kącie w wirówce stołowej i odwiruj probówkę przez 30 minut przy 3 000 g.
Na koniec, po odwirowaniu, ostrożnie wyjmij probówkę, umieść ją na stojaku i sfotografuj wyniki. W tym protokole zastosowano wirowanie w gradiencie gęstości do oddzielenia szczepów bakteryjnych na podstawie ilości wytwarzanych przez nie kapsułek. Chociaż dokładne wyniki zależą od gatunku bakterii, większość szczepów będzie migrować do jednego miejsca w gradiencie.
Zastosowanie tej metody do biblioteki mutantów bakteryjnych powinno wytworzyć główne pasmo powyżej gradientu, mniej gęste pasmo przez najwyższą warstwę gradientu i niewielką frakcję a-torebkową na dole. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że interfejsy gradientu nie powinny być mieszane, a gradient nie powinien zawierać pęcherzyków powietrza. Po procedurze należy wykonać metody walidacji, takie jak test kwasu uronowego lub mikroskopia, w celu zbadania ilości kapsułek.
Jest to szczególnie ważne w przypadku stosowania tej techniki w przypadku nowych szczepów. Nie zapominaj, że praca z patogenami z grupy zagrożenia 2 może być niebezpieczna. Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze podejmować środki ostrożności, takie jak korekcyjne wyposażenie ochronne, przestrzeganie ocen ryzyka i prawidłowa utylizacja kultur.
Przegląd
Ten artykuł demonstruje zastosowanie nieciągłych gradientów gęstości do separacji populacji bakteryjnych na podstawie produkcji kapsy. Metoda ta pozwala na porównanie ilości kapsy między kulturami, izolację mutantów z określonymi fenotypami kapsy oraz identyfikację regulatorów kapsy.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Mikrobiologia
- Biologia komórki
- Badania nad patogenami
Tło
- Produkcja kapsy u bakterii jest związana z wirulencją.
- Zrozumienie regulacji kapsy może wpłynąć na strategie leczenia.
- Nie ciągłe gradienty gęstości zapewniają metodę fizycznej separacji.
- Ta technika może być zastosowana do różnych gatunków bakterii.
Cel badania
- Optymalizacja metody separacji szczepów bakteryjnych z kapsulą i bez niej.
- Ułatwienie szybkiego porównywania produkcji kapsy między różnymi szczepami.
- Zapewnienie wizualnej demonstracji techniki dla lepszego zrozumienia.
Stosowane metody
- Inokulacja kultur bakteryjnych i inkubacja przez noc.
- Centryfugacja i ponowne zawieszenie pelletów bakteryjnych w PBS.
- Przygotowanie rozcieńczeń gradientu gęstości i staranne układanie komórek.
- Centryfugacja w celu osiągnięcia separacji na podstawie produkcji kapsy.
Główne wyniki
- Udana separacja szczepów bakteryjnych na podstawie poziomów produkcji kapsy.
- Identyfikacja wyraźnych pasm odpowiadających frakcjom z kapsułą i bez niej.
- Metody walidacji, takie jak testy kwasów uronových, potwierdziły ilości kapsy.
- Wykazano znaczenie utrzymania interfejsów gradientu dla czystej separacji.
Wnioski
- Metoda jest skuteczna w badaniu regulacji kapsy u Klebsiella i innych bakterii.
- Wizyualne demonstracje są kluczowe dla opanowania techniki.
- Środki ostrożności są niezbędne podczas pracy ze szczepami patogennymi.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
This method enables biopharma R&D teams to physically isolate bacterial subpopulations based on capsule expression, a key virulence factor influencing immune evasion and therapeutic resistance. By providing a semi-quantitative separation tool, it supports target validation and mechanistic de-risking in antimicrobial and vaccine development programs. The approach enhances predictive confidence when evaluating capsule-related phenotypes across strain libraries or mutant collections.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of capsule biosynthesis pathways by separating high- and low-producing strains for downstream genetic analysis.
- Operational Value: Facilitates rapid phenotypic screening of mutant libraries to identify regulators of capsule production.
- Translational Value: Supports isolation of acapsular or hypercapsular mutants for use in virulence modeling and antigen selection.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates fractionated populations suitable for quantitative capsule assays such as uronic acid measurement.
- Operational Value: Creates standardized, reproducible inputs for high-throughput screening of compounds or genetic perturbations affecting capsule expression.
- Assay Readiness: Produces purified capsulated fractions that improve signal-to-noise ratios in downstream functional or immunological assays.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links genotype to phenotype by enabling correlation of transposon insertion sites with capsule levels in sequencing workflows.
- Operational Value: Provides a scalable method to generate isogenic strains with defined capsule amounts for pharmacokinetic or efficacy studies.
- Translational Continuity: Supports risk-adjusted advancement by allowing teams to de-risk targets based on validated capsule modulation.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the early discovery continuum, enabling progression from phenotypic screening to target identification and preclinical validation, particularly in anti-infective programs where capsule is a determinant of pathogenicity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by allowing physical separation of strains to clarify the role of capsule in immune evasion or stress resistance.
- Screening: Enables assay-ready fraction collection for quantitative comparison of capsule production across strain variants or treatment conditions.
- Analytics: Generates distinct, visual bands that serve as semi-quantitative readouts for sorting and further analytical validation.
- Translational Research: Connects discovery-phase capsule modulation to preclinical models by providing defined phenotypic strains for infection or challenge studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for capsule phenotyping applicable across multiple bacterial targets in a portfolio.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in capsule-linked virulence by enabling direct phenotype-genotype correlation.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization in capsule analysis compared to bulk culture measurements.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in target selection by providing empirical data on capsule modulation efficacy.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of antimicrobial or vaccine targets based on validated capsule phenotypes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in bacterial culture handling and density gradient preparation.
- Depends on access to centrifugation equipment capable of precise speed and temperature control.
- Necessitates careful technique to avoid mixing gradient layers or introducing air bubbles during setup.
- Must be adapted for each bacterial species through optimization of gradient concentrations and centrifugation parameters.
- Relies on post-separation validation methods such as biochemical assays or microscopy to confirm capsule levels in fractions.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:48
Preparation of Bacterial Strains of Mutant Libraries
1:40
Preparation of Gradient Dilutions and Mini-gradient Test
2:39
Preparation of Discontinuous Density Gradients
3:39
Adding Prepared Cells to Gradients and Separation by Centrifuge
4:30
Results: Density Gradient Centrifugation Used to Separate Bacterial Strains Based on Capsule Production
5:10
Conclusion
