Массив Ministat описано выше и в (рис. 1а, б) была использована для культуры гаплоидных Мата лабораторного штамма дрожжей бутонизации (S288c) в сульфат-предельных условиях, как описано выше 10. Мы протестировали эффективность для общего применения хемостат в том числе определение физиологии и экспериментальной эволюции. Для проверки ministats, мы повторили несколько экспериментов, которые ранее выполнялись в промышленных ферментеров модифицированы для использования хемостат. 10,20,21 ATR Sixfors ферментеров были проведены в 300 мл рабочего объема, в десять раз объем ministats, и имеют значительно различных режимах аэрации культуры и агитации. Мы попытались воспроизвести оборудование стабильность, устойчивое состояние физиологии, экспериментальные результаты эволюции, и закономерности экспрессии генов, полученных с этих ферментеров.
Так как равномерность скорости разбавления и аэрация являются важными аспектами хемостат дизайн, мы меняasured фактическая скорость разбавления в 32 ministats после 15 поколений роста и обнаружил, что с целевой скорости разбавления 0,17 об / ч (4-5 капель / мин) мы получили среднюю скорость разбавления 0,17208 со стандартным отклонением 0,0075 через 32 повторностях. Этот диапазон был в пределах нашего типичного допуск + / -0,01 об / час отличие от целевых показателей, за которыми масштабные изменения в экспрессии генов наблюдается. 22-23 на 4 ministats расхода воздуха была определена в 307,5 мл / мин при стандартном отклонении 9,57 мл / мин. Это означает, что поток воздуха в камеры является надежной и равномерно распределены между 4 камер и ценность, аналогичной описанной для аэрации в промышленных ферментеров 20.
Ранее мы наблюдали периодические усиления высоким сродством серы-ионных транспортеров SUL1 в 8/8 сульфат ограниченной эволюции экспериментах на дрожжах 10. Учитывая согласованность результатов по Тхис условием мы выбрали сульфатно-ограничения для проверки способности нашей системы. Необходимого элемента хемостатной культуры является необходимость поддержания постоянной химической среде. Колебания в изобилии является важнейшим питательным веществом или другим изменениям в окружающей среде, как правило, приводят к изменению количества клеток в той или иной культуры. Мы измеряли оптическую плотность в качестве прокси для числа клеток (рис. 2A) и воспроизводимость измерений в 16 повторных культур, найти среднюю A600 от 1,12 (~ 10 9 клеток) после ~ 15 поколений роста со стандартным отклонением 0,057 единиц, или на 5,1 %. Для сравнения, измерения, сделанные из 4 повторных культур, выращенных в промышленных ферментеров показал, стандартное отклонение 2,5%. Клетки были хорошо смешиваются в камере роста: измерение OD и клеток, взятых из сточных водах дорожке были эквивалентны образцы, взятые непосредственно из культуры трубки (данные не представлены). Эти результаты свидетельствуют о надежности нашей платформыD способности поддерживать постоянную химическую среду в аналогичной толерантности как промышленный ферментер.
В более чувствительны считывания физиологии, мы сравнили генома устойчивой экспрессии генов государства от культур, выращенных в сульфат ограничения в ministats и в промышленном ферментере. Экспрессия генов в ministats показал высокую степень сходства в трех биологических повторяет (рис. 2В). Ранее мы отметили, что для РНК, полученных из двух одинаковых хемостаты Sixfors и сотрудничество гибридизовали с микрочипов, выражение 99% генов снизилась, в пределах 1,5-кратный диапазон, что позволяет использовать 1.5X как эмпирическое значение отсечки 21. Экспрессия генов от три одинаковых ministats, по сравнению попарно, показали 99% генов снизилась, в пределах 1.5-1.7 раза диапазон, сопоставимый с результатами промышленных ферментеров. Трех образцов гибридизовали отдельных массивов и парных отношений рассчитывается после этого, так что эти васифилиса включают, в частности массива шума в дополнение к биологическим шум, возможно, переоценивает различия между повторяет по сравнению с опубликованными, со-гибридизированных результаты. 138 генов дифференциально экспрессируются> в 1,5 раза во всех трех повторностях Ministat по сравнению с образцом собраны из соответствующих культура выращивается в промышленных ферментер. Гены снизилась в выражение в ministats были сильно обогащенные для метаболизма железа. Эта подпись может отражать различные композиции из металла каждой конфигурации устройства: Sixfors устройство включает в себя рабочее колесо металл и аэрации сборки погружен в культуру и средства массовой информации бутыли ранее использовались также требуется металлоконструкций. Ministat используются иглы из нержавеющей стали, но никаких других металлических компонентов. Гены с повышенной экспрессией были в значительной степени связан с клеточными мембранами, хотя биологическое значение этой ассоциации остается неясным.
Наконец, мы протестировали экспериментальный недеформированной эволюцииГ эти условия. После 250 поколений сульфатно-ограниченный рост, 4/4 клонов испытания с 4 независимыми развивается населения показали усиление SUL1 как обнаружено множество сравнительной геномной гибридизации (CGH, рисунок 2С). Этот результат согласуется с выводами в большем объеме хемостаты по сравнению с аналогичными интервалами времени 10.

Рисунок 1. А. Конструкция и расположение массива Ministat. B. Дизайн культуры камеру.

Рисунок 2. А. Experimental данные, свидетельствующие о том, что культуры достижения равновесия в течение десяти поколений роста (п = 16). В. Выражение данные за три биологических повторяет S1-3 пробы в устойчивом состоянии под сульфат ограничения по сравнению с общим опорным выращенных в соответствие сульфата ограниченной хемостат Sixfors . C. SUL1 усилений восстановлены в ministats через 250 поколений роста сульфата ограниченной среде. Геномной ДНК из каждого клона развивались по сравнению с родовой ДНК, как описано CGH 21. Среднее число копий рассчитывается для каждого региона усиливаются и показывается рядом с каждым ампликона. Все микрочипов данные хранятся в базе данных GEO при присоединении GSE36691. Нажмите, чтобы увеличить цифру.