Este estudo apresenta o desenvolvimento de metodologias reprodutíveis para estudar inibidores de biofilme e seus efeitos sobre a multicelularidade de Bacillus subtilis.
Artigo de método
Este estudo apresenta o desenvolvimento de metodologias reprodutíveis para estudar inibidores de biofilme e seus efeitos sobre a multicelularidade de Bacillus subtilis.
Este trabalho avalia diferentes metodologias para estudar o impacto de inibidores de biofilme de pequenas moléculas, como os D-aminoácidos, no desenvolvimento e resiliência de biofilmes de Bacillus subtilis. Primeiro, são apresentados métodos que selecionam inibidores de pequenas moléculas com alvos específicos de biofilme, a fim de separar o efeito dos inibidores de pequenas moléculas no crescimento planctônico de seu efeito na formação de biofilme. Em seguida, nos concentramos em como as condições de inoculação afetam a sensibilidade de culturas multicelulares flutuantes de B. subtilis a inibidores de pequenas moléculas. Os resultados sugerem que as discrepâncias nos efeitos relatados de tais inibidores, como os D-aminoácidos, são devidas a condições inconsistentes de pré-cultivo. Além disso, um protocolo recentemente desenvolvido é descrito para avaliar a contribuição de tratamentos com pequenas moléculas para a resistência do biofilme a substâncias antibacterianas. Por fim, técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) são apresentadas para analisar o arranjo espacial tridimensional das células e sua matriz extracelular circundante em um biofilme de B. subtilis. O SEM facilita a percepção da arquitetura tridimensional do biofilme e da textura da matriz. Uma combinação dos métodos descritos aqui pode auxiliar muito no estudo do desenvolvimento do biofilme na presença e ausência de inibidores de biofilme e lançar luz sobre o mecanismo de ação desses inibidores.
comunidades bacterianas multi-celulares desempenham papéis importantes em ambientes naturais e antropogênicas, e pode ser benéfica ou altamente prejudicial. Estas colónias multi-celulares são conhecidos como biofilmes, em que as células individuais são embutidos em um (EPS) de matriz extracelular substâncias poliméricas auto-produzido. Os EPS aderir fortemente as células à superfície, eles colonizam. Eles servem como um escudo contra as forças mecânicas e químicas e criar contacto próximo entre as células vizinhas, facilitando a comunicação celular 1. Um biofilme pode ser visto como uma comunidade diferenciada, em que as células usam altamente regulado, orquestrada processos para coordenar as suas actividades no seio da comunidade, bem como entre espécies 2-5. A transição de uma planctônicas, o modo de vida livre do crescimento a um estado de biofilme é frequentemente associada com os processos de desenvolvimento. Um bom exemplo é o Bacillus subtilis bactéria do solo Gram-positivas, e, portanto, uma undomeestirpe sticated serve como um organismo modelo robusto para estudar os estágios de desenvolvimento que conduzem a formação de biofilme. Nesta bactéria, células móveis se organizam em estruturas multicelulares conspícuos que realizam tarefas especializadas 4. Um grupo de células, a matriz-produtores secretam exopolissacáridos 6, a proteína amilóide tasa 7,8, e a proteína de hidrofobicidade da superfície BslA 9,10; todos os que participam da montagem dos EPS 11-13.
Dada a abundância de biofilmes em nichos naturais e antrópicos e os danos fatais putativo eles podem causar, há uma necessidade premente de encontrar formas de prevenir a sua formação. inibidores de moléculas pequenas podem auxiliar na descoberta de novas vias reguladoras, enzimas e proteínas estruturais envolvidas na formação de biofilme, e, assim, promover insights os complexos processos de montagem comunidade multicelular. Como B. subtilis é um modelo bem estudado para bioformação de película 14,15, ele pode ser usado para avaliar os efeitos de vários inibidores de biofilme. Este estudo aborda quatro métodos fundamentais que são a chave para avaliar a resposta de biofilmes a inibidores de pequenas moléculas. Em primeiro lugar, para assegurar que estes inibidores têm um alvo específico do biofilme, a separação do efeito sobre o crescimento planctônicas de o efeito sobre a formação de biofilme é crítica. A maioria dos agentes antibacterianos como alvo as células em sua fase de crescimento planctônicas, mas as moléculas que têm como alvo o estilo de vida biofilme são raros. Além disso, como as moléculas que não afectam o crescimento planctônicas não são tóxicos, podem reduzir a pressão selectiva favorecendo mutantes resistentes a antibióticos 16. Por exemplo, quando biofilmes são tratados com D-aminoácidos ou determinadas outras moléculas interferentes da parede celular, eles são ou perturbada ou desmontado, mas estes inibidores apenas afectam moderadamente 12,17 crescimento planctônicas. Em contraste, muitos antibióticos prejudicar drasticamente o crescimento planctônicas, com little ou nenhum efeito sobre a formação de biofilme 17.
Em segundo lugar, que estabelece um quadro experimental consistente e robusta para estudar o efeito de as moléculas pequenas é crucial. Observou-se que o intervalo de concentração activa de inibidores de moléculas pequenas era sensível às condições de pré-cultura e para a instalação experimental utilizada para estudar o efeito destes inibidores de moléculas pequenas. Vários relatórios, particularmente aqueles que estudam B. subtilis, revelou variações no intervalo de concentrações em que D-aminoácidos inibem a formação de películas - as flutuantes biofilmes bacterianas 12,17-19. Os resultados aqui apresentados sugerem que os seguintes fatores em conta as diferenças na faixa de concentração ativa: as condições pré-cultura (logarítmica 12,17 ante fase de 20 crescimento tardio-estacionária), o meio de crescimento utilizada na condição de pré-cultura (rico, indefinido [Caldo de Luria, LB] versus definido [glutamato monossódico-glicerol, MSgg]), a proporção da inoculação e, especialmente, a remoção do meio de pré-cultura antes da inoculação. A temperatura de crescimento da película estática mostrou um papel menos importante na gama do inibidor de molécula pequena de D-leucina, uma D-aminoácido representativa utilizada neste estudo a actividade.
Finalmente, uma vez que os biofilmes são tratados com inibidores específicos de biofilme, métodos robustos e informativas são necessários para caracterizar os efeitos destes inibidores sobre a aptidão do biofilme. Aqui, dois métodos para caracterizar de forma independente do efeito de inibidores de moléculas pequenas são descritos em detalhe: (1) O efeito sobre as células individuais dentro de uma colónia de biofilme e a sua resistência a agentes antimicrobianos. As células em biofilmes são tipicamente mais resistentes a antibióticos quando comparado com as bactérias de vida livre 21-23. Embora este fenómeno é multifactorial, a capacidade do EPS para reduzir a penetração de antibiótico foi muitas vezes considerado como uma explicação atraente 24 . Este método avalia a sobrevivência de células do biofilme pré-estabelecido após a exposição a substâncias antibacterianas. (2) O efeito sobre a arquitectura do biofilme colónia, a partir da grande para a pequena escala. colónias de biofilme são caracterizados pela sua estrutura tridimensional e a presença do EPS. Utilizando microscopia eletrônica de varredura, as alterações na morfologia celular, estrutura da colônia de biofilme e a arquitetura e abundância das EPS pode ser visualizado a partir do grande (mm) para a pequena escala (mm).
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1. Avaliar o efeito de pequenas moléculas inibidores de Película e formação de biofilme Colony

Figura 1. Visão Conceitual para a identificação de uma configuração experimental robusto para avaliar a inibição específica da formação de biofilme. Os critérios de seleção para os inibidores de pequenas moléculas que indicam a interferência específica à formação de biofilme sem efeito pronunciado sobre o crescimento planctônicas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Etanol Resistência Assay

Figura 2. Exemplo desenho experimental para avaliar a resistência das células do biofilme de colónias de agentes esterilizantes. (A) Molde utilizado para a distribuição igual de colónias de biofilme através de uma placa de Petri e para o corte. (B)imagens de cima para baixo não tratada do tipo selvagem biofilme cresceu por 68 horas em meio sólido, definido indutoras de biofilme MSgg a 30 ° C. O alargamento mostra como uma colônia de biofilme pode ser cortado em duas metades iguais. (C) As duas metades iguais de biofilme são tratados da mesma forma (o controlo, PBS) ou com PBS ou agente de esterilização e processados como descrito. Barra de escala:. 1 cm Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
3. biofilme Colony Preparação de Amostras para Microscopia Eletrônica de Varredura
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O ensaio de película é um método para estudar os processos altamente regulados e dinâmicas de B. multicelularidade subtilis. Além disso, o ensaio de película é adequado para testar uma gama de condições, quer pré-inicial ou concentrações de moléculas pequenas em uma placa de cultura de células multidish único numa experiência. No entanto, B. subtilis formação de película é sensível às condições de pré-cultura (por exemplo, o meio de crescimento de pré-cultura e da sua fase de crescime...
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Bacillus subtilis formas robustas e altamente estruturados biofilmes ambos no estado líquido (películas) e em meio sólido (colônias). Por isso, serve como um organismo modelo ideal para a caracterização do modo de acção dos inibidores específicos de biofilme. Em meio sólido, as células formam estruturas multicelulares com características distintas que não são evidentes em películas, como rugas que irradiam do centro para a borda. Assim, películas e colônias são sistemas complementares para estudar B. m...
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Os autores não têm nada a divulgar.
A imagem do microscópio eletrônico foi conduzida na Unidade de Microscopia Eletrônica do Instituto Weizmann de Ciência, apoiada em parte pelo Centro Irving e Cherna Moskowitz para Nano e Bio-Nano Imaging. Esta pesquisa também foi apoiada pela bolsa ISF I-CORE 152/1, Sr. e Sra. Dan Kane, Sra. Lois Rosen, por uma bolsa de pesquisa Yeda-Sela, pela Larson Charitable Foundation, pelo Ruth and Herman Albert Scholars Program for New Scientists, pelo Instituto Ilse Katz de Ciências dos Materiais e bolsa de Pesquisa em Ressonância Magnética, pela bolsa do Ministério da Saúde para métodos alternativos de pesquisa, e pelo Programa de Pesquisa de Cooperação França-Israel - Maimônide-Israel. A IKG recebeu a Cadeira de Desenvolvimento de Carreira Rowland e Sylvia.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Caldo Luria, Lennox | Difco | 240230 | |
| Bacto Agar | Difco | 214010 | |
| fosfato de potássio monobásico | Sigma, 136,09 g/mol | P0662-500G | |
| fosfato de potássio dibásico | Fisher Scientific, 174,18 g/mol | BP363-1 | |
| 3-(N-morfolino)ácido propanossulfônico | Fisher Scientific, 209,27 g/mol | BP308-500 | |
| cloreto de magnésio hexahidratado | Merck, 203,30 g/mol | 1,05833,0250 | |
| cloreto de cálcio anidro | J.T. Baker, 110,98 g/mol | 1311-01 | |
| cloreto de manganês (II) tetrahidratado | Sigma, 197,91 g/mol | 31422-250G-R | |
| cloreto de ferro (III) hexahidratado | Sigma, 270.30 g/mês) | F2877-500G | |
| cloreto de zinco anidro | Acros Organics, 136,29 g/mol | 424592500 | |
| cloridrato de tiamina | Sigma, 337,27 g/mol | T1270-100G | |
| L-triptofano | Fisher Scientific, 204,1 g/mol | BP395-100 | |
| L-fenilalanina | Sigma, 165,19 g/mol | P5482-100G | |
| L-treonina | Sigma, 119,12 g/mol | T8625-100G | |
| glicerol anidro | Bio-Lab Itd | 712022300 | |
| Sais monossódicos de ácido L-glutâmico hidratam | Sigma, 169,11 g/mol | G1626-1KG | |
| D-leucina | Sigma, 169,11 g/mol | 855448-10G | |
| etanol anidro | Gadot | 830000054 | |
| lâmina de barbear | circular Eddison | ||
| Whatman, 90 mm | 1001-090 | ||
| glutaraldeído | EMS (Electron Micoscopy Science), 25% em água | 16220 | |
| paraformaldeído | EMS, 16% em água | 15710 | |
| cacodilato de sódio | Merck, 214,05 g/mol | 8.2067 | |
| cloreto de cálcio 2-hidrato | Merck, 147.02 g/mol | ||
| montagem em alumínio | EMS, cabeça ranhurada | 75230 | |
| fita adesiva de carbono | EMS | 77825-12 | |
| Shaker 37 ° C | New Brunswick Scientific Innowa42 | NA | |
| Centrífuga | de mesa Eppendorf 5424 | NA | |
| Sonifier digital, Modelo 250, usada com Incubadora Microtip | Branson NA | ||
| 30 ° C | Binder | NA | |
| Incubadora 23 ° Sistema | Binder | NA | |
| , 500 ml, poliestireno | Cornig Incorporated | NA | |
| Agitador Rotativo - Orbitron Rotatory II | Boekel | NA | |
| S150 Revestidor de Sputter | Edwards | NA | |
| CPD 030 Secador de Ponto Crítico | BAL-TEC | NA | |
| Microscópio Eletrônico de Varredura Ambiental | XL30 ESEM FEG Philips (FEI) | NA |
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