Представленные здесь единое описание методов, которые могут быть использованы для разработки, преобразования, администрировать и проверить гетерологичный экспрессию белка пробиотических дрожжей сахаромицеты буларди.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Представленные здесь единое описание методов, которые могут быть использованы для разработки, преобразования, администрировать и проверить гетерологичный экспрессию белка пробиотических дрожжей сахаромицеты буларди.
Разработка рекомбинантной пероральной терапии позволит более непосредственно воздействовать на иммунную систему слизистых оболочек и улучшить способность бороться с желудочно-кишечными расстройствами. Адаптация пробиотических дрожжей, в частности, к этому подходу имеет ряд преимуществ. Эти штаммы не только обладают потенциалом синтеза широкого спектра сложных гетерологичных белков, но также способны выживать и защищать эти белки во время транзита через кишечник. Однако важно отметить, что этот подход требует опыта работы со многими разнообразными лабораторными методами, которые обычно не используются в тандеме. Кроме того, несмотря на то, что отдельные протоколы трансформации дрожжей хорошо характеризуются для широко используемых лабораторных штаммов, акцент здесь делается на альтернативных подходах и важности оптимизации трансформации для менее хорошо охарактеризованных пробиотических штаммов. Подробное описание этих методов поможет облегчить обсуждение наилучших подходов к тестированию пробиотических дрожжей в качестве средств пероральной доставки лекарств и действительно послужит продвижению разработки этой новой стратегии для желудочно-кишечной терапии.
Пробиотические микроорганизмы интригующая потенциальным средством эффективно и экономично доставлять гетерологичных белков в желудочно-кишечном тракте. Эти организмы способны выживать при прохождении через желудочно-кишечный тракт еще не колонизировать это один, что позволяет контролируемой дозировки и ограничение воздействия на препарат выражены. Кроме того, способность легко проектировать эти организмы производить гетерологичный белок в больших масштабах оказывает им экономичной альтернативой синтетических частиц доставки. Однако разработка такого подхода, как недавно продемонстрировано с использованием ауксотрофным пробиотических дрожжей сахаромицеты буларди 2, требует знания лабораторных методов, которые традиционно не объединенных в пределах данного исследования, начиная от дрожжей и молекулярной биологии, к способам обработки животных и иммунологическими методами. Таким образом, хотя отдельные процедуры, описанные здесь, сами по себе не новаялабораторные протоколы, цель этой рукописи является представление единой введение в методы, необходимые для экспериментальной проверки пробиотических дрожжей в качестве средств доставки лекарств к мышиной желудочно-кишечного тракта. При условии, представляет собой подборку основных протоколов: 1) поколения ауксотрофных мутантных штаммов дрожжей, которые могут быть легко генетически измененных; 2) превращение дрожжевых культур, чтобы выразить гетерологичный белок; 3) введение рекомбинантного дрожжей в кишечник через желудочный зонд; и 4) восстановление жизнеспособных пробиотических рекомбинантного дрожжей из мышиного кишечника и оценки их экспрессии гетерологичных белков.
Во-первых, хотя многочисленные положительные и отрицательные методы отбора существуют для манипулирования видов дрожжей, негативный отбор, например, посредством использования ауксотрофных маркеров увеличивает как эффективность и легкость, с которой дрожжи могут быть преобразованы и выбран. Положительный отбор трансформантов с использованием антибиотиков, в сотрудничествеntrast, значительно увеличивает стоимость манипуляции дрожжей. Кроме того, выбор дрожжей на содержащую антибиотик твердых средах может позволить усиленному росту нетрансформированных фоновых колоний относительно отбора ауксотрофной дрожжей на синтетической отсева твердых средах (неопубликованные данные). Ауксотрофная дрожжи штаммы, которые испытывают недостаток ферментов критические для синтеза заменимых аминокислот или урацил. Такое дрожжи могут расти только тогда, когда дополняется пропавшего метаболита или метаболического гена, что позволяет негативный отбор, когда дрожжи высевали на синтетической отсева СМИ, что не хватает существенную метаболита. Многие широко используемые Saccharomyces CEREVISIAE лабораторные штаммы, на самом деле уже ауксотрофные мутанты 3. Промышленное, клиническая и пробиотические штаммы дрожжей, однако, как правило, прототрофным способностью синтезировать все необходимые питательные вещества. Чтобы обеспечить более эффективное генетических манипуляций такого дрожжей, ауксотрофные гены могут быть избирательно нацеленыгенерировать штаммов, которые могут быть выбраны без антибиотиков. Специфическое нацеливание ауксотрофных маркерных генов может быть достигнуто путем ПЦР-опосредованный разрушения гена, опираясь на гомологичной рекомбинации или совсем недавно через CRISPR / cas9 таргетинга 4 - 6. В качестве альтернативы, УФ мутагенеза может быстро генерировать ауксотрофные мутанты даже в дрожжевых штаммов, для которых преобразование с несколькими плазмид технически сложно 7. В то время как ПЦР таргетинг и CRISPR / cas9 были подробно описаны в другом месте, представлены в первой части этой рукописи является Подробный протокол описания мутагенеза подход УФ создать ауксотрофные штаммы, которые позволят негативной селекции, а не позитивной селекции антибиотиками дрожжевых трансформантов.
Следующий необходимый шаг в использовании таких ауксотрофных штаммов для пероральной доставки гетерологичного белка является превращение дрожжи с плазмидной ДНК. С первого успешного преобразования поименныйт сферопласты сообщенные для Saccharomyces CEREVISIAE в 1978 8, многочисленные модификации были охарактеризованы с целью повышения эффективности и легкости, с которой виды дрожжей могут быть генетически модифицированы. Использование электропорации для успешной трансформации ДНК в S. CEREVISIAE был впервые описан в 1985 году 9 и с тех пор улучшилась с помощью добавления 1 M сорбита инкубации к осмотически клеток поддержки 10. Эффективность Электропорация Кроме того, было показано, что зависит от вида дрожжей и штамм, количество клеток и фазы роста, объем электропорация, напряженности поля, а также конкретные буферы 11. Литий ацетата (LiOAc) преобразование, впервые описан Ito и др. 12, является одним из наиболее часто используемых протоколов трансформации, так как не требует специального оборудования. Дополнительные анализы показали, что эффективность дрожжевого трансформации LiOAc значительно возрастает, когда клетки собирают в середине логарифмической фазыроста и тепловому шоку в присутствии полиэтиленгликоля (ПЭГ) и ДНК при 42 ° С 12. Инкубация всей неповрежденной дрожжей с ПЭГ имеет важное значение для эффективной трансформации, возможно, за счет повышения прикрепление ДНК к клеточной мембране, а также с помощью других эффектов на мембране 13. Сама литий также повышает проницаемость интактных клетках 14. Хотя большинство лабораторных S. Штаммы CEREVISIAE может быть легко преобразована с помощью преобразования LiOAc 3, другие виды дрожжей могут быть более эффективно трансформированы с использованием альтернативных протоколов. Pichia pastoris, например, наиболее эффективно преобразуется с помощью электропорации, а не трансформации LiOAc 13. Это имеет решающее значение, поэтому, чтобы испытать множественный методы преобразования и оптимизации инкубации и концентрации реагентов при попытке генетически модифицировать неохарактеризованных штамм дрожжей. Таким образом, эта рукопись описывает как LiOAc трansformation и электропорации также методы трансформации ауксотрофной мутанта и дикого типа S. boulardii. Заинтересованные читатели направлены на недавних обзоров для тщательной описаний эволюции трансформации дрожжей, альтернативных протоколов, и дальнейших обсуждений возможных механизмов действия 13,15. Трансформация дрожжей с плазмиду, кодирующую легко обнаружить белок является, кроме того, важное значение для нисходящего тестирования в целях обеспечения надлежащего выражения и функцию чужеродного протеина. Myriad различные белки могут быть выбраны в зависимости от конечной цели терапевтического исследования и антителами, доступных для обнаружения белка с помощью иммуноблоттинга, ELISA, и другими методами. Протоколы для этих методов были тщательно описаны в другом месте 16,17, и может быть использовано для определения уровней гетерологичной продукции белка из трансформированных дрожжей по сравнению со стандартными кривыми. Для целей демонстрации и показатьуспешное производство очень широко используется белка в дрожжевой биологии, эта рукопись представляет преобразование с плазмидой, кодирующей зеленый флуоресцентный белок (GFP), который позволяет для последующего обнаружения с помощью флуоресцентной микроскопии.
Не менее важно, чтобы производство пробиотических микроорганизмов, которые экспрессируют гетерологичный белок является надлежащее управление и обнаружение этих микроорганизмов, обитающих внутри желудочно-кишечного тракта тканей, как описано в части трех и четырех. Администрация рекомбинантного дрожжей через желудочный зонд позволяет для доставки контролируемых количеств дрожжей непосредственно в желудок, из которого мыши C57BL / 6, естественно неспособным рвота 18. Тем не менее, неправильное обращение животных и через желудочный зонд может привести к повреждению пищевода и перфорации, перфорация желудка, введения трахеи и аспирационной пневмонии 19,20. Плохая техника и неопытность может, кроме того, повысить изменчивость в мышиных иммунных реакций и экспериментальной RESULTS, которые были отнесены к животным стресса на желудочный зонд 21,22. Практика в правильной технике может, таким образом, не только ослабить животное дискомфорт, но может также увеличить точность экспериментальных результатов. Эта рукопись описывает и демонстрирует обработку животных и желудочный зонд для введения контролируемых дозах рекомбинантного дрожжей.
Наконец, важно, чтобы подтвердить успешную доставку рекомбинантного дрожжей путем анализа лимфоидных тканей на присутствие дрожжей и гетерологичного белка. Желудочно-кишечного иммунные ткани, которые могут наиболее легко и предсказуемо быть рассмотрены на присутствие дрожжей пейеровы бляшки. Пейеровы бляшки являются вторичными лимфоидных органах вдоль тонкой кишки, которые являются ключевыми сайты слизистой индукции иммунного ответа 23. Антигены из просвета переносятся transcellularly через микроскладкой (M) клеток в эпителии и высвобождаются в пейеровы бляшки, тем самым подвергая вложитьd антиген представляющих клеток кишечного просвета содержимое. Хотя поглощение частиц через кишечный эпителий также может быть достигнуто путем бокаловидных клеток, эти клетки, как было показано только занимают частиц менее 0,02 мкм в диаметре 24. Трансэпителиальная дендриты продлен с CD103 + дендритные клетки (ДК) также занимают небольшие частицы из просвета кишечника 25; Однако, не существует в настоящее время никаких сообщений, демонстрирующих, что CD103 + ДК занимают частицы более бактерий. Таким образом, нетронутыми пробиотик дрожжи, среднего размера между 3-6 мкм в диаметре, скорее всего, будет рассмотрен М-клеток и переносили в пейеровы бляшки. Описанный здесь является протоколом для сбора и скрининга пейеровы бляшки для жизнеспособного рекомбинантного дрожжей, хотя эта процедура также может быть легко адаптированы для оценки поглощение пробиотических бактерий.
Таким образом, оценивая рекомбинантный пробиотик дрожжи для доставки изrapeutic белки в кишечнике требует знания в лабораторных методик, охватывающих молекулярной биологии к обработке животных и иммунологии. Представленные здесь протоколы для 1) генерация и отбор ауксотрофных штаммов дрожжей, которые могут быть легко отрицательно выбран без антибиотиков, 2) альтернативные протоколы для преобразования дрожжи и позволяют экспрессию гетерологичного белка, 3) демонстрации надлежащих методов обработки животных и желудочный зонд для внутрижелудочной доставки рекомбинантного дрожжей и 4) протоколы для коммутационной диссекции Пейера и скрининга жизнеспособного рекомбинантного дрожжей и функциональной гетерологичного белка. В совокупности эти протоколы позволят для генерации и проверки пробиотика штамма дрожжей, способных доставлять гетерологичный терапевтический белок в желудочно-кишечном тракте.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. УФ мутагенеза для генерации Ауксотрофные штаммов дрожжей
Трансформация 2. Дрожжи
3. желудочный зонд мышей с трансформированных дрожжей
4. Урожай Патчи мышиных бляшках и Выделение жизнеспособных колоний дрожжей
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Генерация кривой выживаемости следующей УФ-облучения требует металлизацию разбавленных дрожжевых клеток таким образом, что различные колониеобразующих единиц (КОЕ) способны образовывать. Каждый образец 500 мкл собирали, как описано выше, содержит около 5 х 10 6 клеток; Однако, больше чем 100 колоний на пластину трудно точно отличить. Покрытие неразбавленный образец, а также серийные разведения 1:10 облученных клеток, таким образом, гарантирует, что КОЕ могут быть перечислены н...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Вместе протоколы в данном документе описываются основные шаги, необходимые для разработки и тестирования ауксотрофных пробиотических штаммов дрожжей для доставки гетерологичной терапевтического белка в кишечнике. Эта манипуляция и тестирование рекомбинантного пробиотика дрожжей требует методов и ресурсов, с которыми любой человек лаборатория не может себе быть знакомы. Таким образом, хотя многочисленные предыдущие исследования описывали выше протоколы для нескольких дрожжевых и мыши штаммов, эти методы имеют не известно...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Авторы признают финансирование через Детского Центра иммунологии и вакцинам и NIH Нью Новатор премии (1DP2AI112242-01) присуждена Трейси Дж Агнца. Авторы также благодарят Наталью П. Дегтярева за щедрое вклада Rad1 S. CEREVISIAE.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Спектрофотометр SmartSpec 3000 BioRad | 170-2501 | Пример спектрофотометра для определения концентрации клеток и OD600 культур дрожжей | |
| New Brunswick Roller Drum | Eppendorf | M1053-4004 | Пример роликового барабана для инкубации дрожжевых культур |
| UV Stratalinker 2400 | Stratagene | 400075-03 | Пример stratalinker |
| Stuart Colony Counter SC6PLUS | 11983044 | Fisher Scientific | Plate Стенд с рекордами увеличения, колония рассчитывает на ощущение давления от ручки |
| Scienceware Colony Counter | F378620002 | Bel-Art Scienceware | Ручное загон для колоний |
| Устройство для нанесения покрытий | Fisherbrand | 09-718-1 | Пример подставки и подушечек для нанесения покрытий |
| Вельветовые квадраты | Fisherbrand | 09-718-2 | |
| L-образные разбрасыватели стерильных клеток | Fisherbrand | 14665230 | |
| Дезоксирибонуклеиновая кислота, одноцепочечная из яичек лосося | Sigma-Aldrich | D7656-1ML | Пример носителя ДНК для трансформации LiOAc дрожжей |
| Gavage | иглы Braintree Scientific | N-PK 002 | Для мышей весом 15-20 г рекомендуется использовать иглу 22 калибра (шарик 1,25 мм), длиной 1 дюйм, прямую многоразовую иглу для зондажа. Для мышей весом более 20 g, 20 калибра или больше можно использовать прямые или изогнутые иглы для полос |
| мл стерильный одноразовый туберкулиновый шприц | Becton Dickinson | BD 309659 | |
| Тупые щипцы, такие как Electron Microscopy Sciences 7" (178 мм) зубчатый наконечник, щипцы с широким захватом | Electron Microscopy Sciences | 77937-28 | Пример тупых щипцов, необходимых для вскрытия |
| Прямые и изогнутые ножницы для рассечения | Электронная микроскопия Sciences | 72966-02 и 72966-03 | Примеры ножниц, необходимых для диссекции |
| IMDM | Life technologies | 12440053 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.