В этом исследовании представлена разработка воспроизводимых методологий для изучения ингибиторов биопленки и их влияния на многоклеточность Bacillus subtilis.
Методическая статья
В этом исследовании представлена разработка воспроизводимых методологий для изучения ингибиторов биопленки и их влияния на многоклеточность Bacillus subtilis.
В этой работе оцениваются различные методологии изучения влияния низкомолекулярных ингибиторов биопленки, таких как D-аминокислоты, на развитие и устойчивость биопленок Bacillus subtilis. Во-первых, представлены методы, которые отбирают низкомолекулярные ингибиторы со специфичными для биопленки мишенями, чтобы отделить влияние низкомолекулярных ингибиторов на рост планктона от их влияния на образование биопленки. Далее мы сосредоточимся на том, как условия инокуляции влияют на чувствительность многоклеточных, плавающих культур B. subtilis к низкомолекулярным ингибиторам. Полученные результаты свидетельствуют о том, что расхождения в зарегистрированных эффектах таких ингибиторов, как D-аминокислоты, обусловлены непостоянными условиями предварительного культивирования. Кроме того, описан недавно разработанный протокол для оценки вклада низкомолекулярных обработок в устойчивость биопленки к антибактериальным веществам. Наконец, представлены методы сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) для анализа трехмерного пространственного расположения клеток и окружающего их внеклеточного матрикса в биопленке B. subtilis. SEM облегчает понимание трехмерной архитектуры биопленки и текстуры матрицы. Комбинация описанных здесь методов может в значительной степени помочь в изучении развития биопленки в присутствии и в отсутствие ингибиторов биопленки и пролить свет на механизм действия этих ингибиторов.
Многоклеточные бактериальные сообщества играют важную роль в природных и техногенных средах, а также может быть полезным или очень вредным. Эти многоклеточные колонии известны как биопленки, в которых отдельные клетки погруженных в матрицу собственного производства внеклеточных полимерных веществ (EPS). САЭ сильно слипание клеток к поверхности они колонизировать. Они служат в качестве защиты от механических и химических сил и создать тесный контакт между соседними клетками, что способствует сотовой связи 1. Биопленка можно рассматривать как дифференцированное сообщество, где клетки используют высоко регулируемом оркестровке процессы для координации их деятельности в рамках сообщества, а также разных видов 2-5. Переход от планктонных, свободно живущих режиме роста до состояния биопленки часто ассоциируется с процессами развития. Хорошим примером может служить грамположительных почвы бактерии Bacillus Сенная, и , следовательно, undomesticated штамм служит надежной модельного организма для изучения стадии развития, приводящие к образованию биопленки. В этой бактерии, подвижных клеток самоорганизуются в заметных многоклеточных структур , которые выполняют специализированные задачи 4. Одна группа клеток, матрично-производители секретируют экзополисахариды 6, амилоидный белок Tasa 7,8, а поверхность гидрофобность белка BslA 9,10; все из которых участвуют в сборке EPS 11-13.
Учитывая обилие биопленок в природных и техногенных нишах и предполагаемый фатальной ущерб, который они могут вызвать, существует настоятельная необходимость поиска путей предотвращения их образования. Малые молекулы ингибиторов могут помочь в обнаружении новых регуляторных путей, ферментов и структурных белков, участвующих в формировании биопленки, и тем самым способствовать понимание в сложных процессах сборки многоклеточного сообщества. Как B. Сенная является хорошо изученным модель для биоформирование пленки 14,15, он может быть использован для оценки влияния различных ингибиторов биопленки. Это исследование решает четыре основные методы, которые являются ключевыми для оценки реакции биопленок на низкомолекулярные ингибиторы. Во-первых, чтобы гарантировать, что эти ингибиторы имеют биопленки конкретной цели, разделение эффекта на планктонных роста от влияния на формирование биопленок имеет решающее значение. Большинство антибактериальных агентов в клетки-мишени в их планктонных фазе роста, но молекулы, которые нацелены на биопленки образ жизни встречаются редко. Кроме того, как молекулы , которые не влияют на рост планктона не являются токсичными, они могут уменьшить селективное давление , благоприятствующую устойчивых к антибиотикам мутантов 16. Например, когда биопленки обрабатывают D-аминокислот или некоторых других клеточных стенок, мешая молекул, они либо нарушены или в разобранном виде , но эти ингибиторы лишь слегка влияют на планктонные 12,17 роста. В противоположность этому, многие антибиотики резко ухудшает планктонный рост, с лittle или не оказывает влияния на формирование биопленок 17.
Во-вторых, создание последовательной и надежной экспериментальной базы для изучения влияния малых молекул имеет решающее значение. Мы наблюдали, что активный диапазон концентраций ингибиторов молекулы малых была чувствительна к условиям предварительной культуры и экспериментальной установки для изучения влияния этих низкомолекулярные ингибиторы. Различные отчеты, в частности , тех , кто изучает B. Сенная, выявлены различия в диапазоне концентраций , при которых D-аминокислоты ингибируют образование Плёночные - плавучие бактериальных биопленок 12,17-19. Результаты , представленные здесь , предполагают , что внимание следующие факторы различия в активном диапазоне концентраций: условия предварительной культуры (логарифмическая 12,17 по сравнению с поздней стационарной фазе роста 20), среда роста , использованный в состоянии предварительной культуры (богатых, не определено [Лурия Бульон, LB] по сравнению с определен [глутамат натрия-глицерол, MSgg]), отношение прививка и особенно удаление предварительно культуральной среде перед инокуляцией. Температура статического роста зубного налета показал менее важную роль в области деятельности малых молекулу ингибитора D-лейцина, репрезентативный D-аминокислоты, используемые в данном исследовании.
Наконец, когда биопленки обрабатывают специфическими ингибиторами биопленки, надежные и информативные методы необходимы, чтобы охарактеризовать влияние этих ингибиторов на биопленки пригодности. Здесь два способа независимо друг от друга характеризуют влияние малых молекулы ингибиторов подробно описаны: (1) Воздействие на отдельные клетки в биопленки колонии и их устойчивость к антимикробным агентам. Клетки в биопленки , как правило , более устойчивы к антибиотикам по сравнению с свободно живущих бактерий 21-23. В то время как это явление является многофакторной, способность САЭ , чтобы уменьшить проникновение антибиотика часто рассматривается в качестве привлекательной объяснения 24 . Этот метод оценивает выживание заранее установленных биопленки клеток после воздействия антибактериальных веществ. (2) Эффект от архитектуры биопленки колонии, от большого до малого масштаба. Биопленка колонии характеризуются их трехмерной структурой и наличием ЭПС. Использование сканирующей электронной микроскопии, изменения в морфологии клеток, структуру биопленки колонии и архитектуры и обилие САЭ могут быть визуализированы с большим (мм) до малого масштаба (мкм).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Оценка воздействия малых Молекулы ингибиторов на пелликулой и биопленки колонии Формирование

Рисунок 1. Концептуальная обзор для идентификации надежной экспериментальной установки для оценки специфическое ингибирование образования биопленки. Критерии отбора для низкомолекулярные ингибиторы , которые указывают на конкретное вмешательство с образованием биопленок без выраженного влияния на планктонных роста. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
2. Этанол Сопротивление пробирного

Рисунок 2. Пример эксперимента с целью оценки устойчивости биопленки колонии клеток к стерилизующих агентов. (А) используется в качестве шаблона для равномерного распределения биопленки колоний через чашку Петри и для резки. (В)Нисходящий изображения необработанного дикого типа биопленку выращивают в течение 68 ч на твердом, определенной биопленки индуцирующих MSgg среде при температуре 30 ° C. Расширение показывает, как биопленки колонии можно разрезать на две равные половины. (C) две равные половины биопленки рассматривают одинаково (контроль, PBS) или вводили фосфатный буферный раствор или стерилизующего агента и обрабатывали , как описано. Шкала бар: 1 см . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
3. Подготовка образца биопленки колонии для сканирующая электронная микроскопия
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анализ плева является одним из методов изучения сильно отрегулированной и динамических процессов В. Сенная многоклеточность. Кроме этого, анализ пелликула подходит для тестирования диапазона либо условий предварительного стартера или небольших концентрациях молекул в одной клетки-культуры multidish пластины в одном эксперименте. Тем не менее, Б. формирование зиЫШз пелликула чувствительна к условиям предварительной культуры (например, рост среда предварительной культуры и ее фаза роста...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Сенная палочка образует прочные и хорошо структурированный биопленки как в жидком (Плёночные) и на твердой среде (колонии). Таким образом, он служит в качестве идеальной модели организма, чтобы охарактеризовать способ действия специфических ингибиторов биопленки. На твердых средах, клетки образуют многоклеточные структуры с отличительными особенностями, которые не очевидны в Плёночные, как морщины, расходящихся от центра к краю. Таким образом, Плёночные и колонии являются дополняющими друг друга систем для изуч...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Электронная микроскопическая визуализация проводилась в отделении электронной микроскопии Научного института Вейцмана, частично при поддержке Центра нано- и био-нановизуализации Ирвинга и Черны Московиц. Это исследование также было поддержано грантом ISF I-CORE 152/1, г-ном и г-жой Дэн Кейн, г-жой Лоис Розен, исследовательским грантом Yeda-Sela, благотворительным фондом Ларсона, Программой стипендий Рут и Германа Альбертов для новых ученых, грантом Института материаловедения и исследований магнитного резонанса им. Ильзе Кац, грантом Министерства здравоохранения на альтернативные методы исследования. и в рамках Франко-израильской исследовательской программы сотрудничества - Маймонид-Израиль. IKG является получателем стипендии Роуленда и Сильвии по развитию карьеры.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Luria Broth, Lennox | Difco | 240230 | |
| Bacto Agar | Difco | 214010 | |
| моноосновной фосфат калия | Сигма, 136,09 г/моль | P0662-500G | |
| фосфат калия двухосновный | Fisher Scientific, 174,18 г/моль | BP363-1 | |
| 3-(N-морфолино)пропансульфоновая кислота | Fisher Scientific, 209,27 г/моль | BP308-500 | |
| магния хлорид гексагидрат | Merck, 203,30 г/моль | 1.05833.0250 | |
| кальция хлорид безводный | J.T. Baker, 110,98 г/моль | 1311-01 | |
| тетрагидрат хлорида марганца(II) | Sigma, 197,91 г/моль | 31422-250G-R | |
| железа(III) хлорид гексагидрат | Сигма, 270.30 г/мес) | F2877-500G | |
| Цинк хлорид безводный | Acros Organics, 136,29 г/моль | 424592500 | |
| тиамина гидрохлорида | Sigma, 337,27 г/моль | T1270-100G | |
| L-триптофана | Fisher Scientific, 204,1 г/моль | BP395-100 | |
| L-фенилаланин | Sigma, 165,19 г/моль | P5482-100G | |
| L-треонин | Sigma, 119,12 г/моль | T8625-100G | |
| глицерин безводный | Био-Лаб Итд 712022300 | ||
| гидрат солей натрия L-глутаминовой кислоты | Sigma, 169,11 г/моль | G1626-1KG | |
| D-лейцин | Sigma, 169,11 г/моль | 855448-10G | |
| этанол безводный | Gadot | 830000054 | |
| лезвие бритвы | Eddison | NA | |
| круглая целлюлозная фильтровальная бумага | ватман, 90 мм | 1001-090 | |
| глутаральдегид | EMS (Электронная микоскопия Science), 25% в воде | 16220 | |
| параформальдегид | EMS, 16% в воде | 15710 | |
| какодилат натрия | Merck, 214,05 г/моль | 8.2067 | |
| кальция хлорид 2-гидрат | Merck, 147,02 г/моль | ||
| заглушка алюминиевое крепление | EMS, шлицевая головка | 75230 | |
| углеродная клейкая лента | EMS | 77825-12 | |
| шейкер 37 ° C | New Brunswick Scientific Innowa42 | NA | |
| Centrifuge | Настольная центрифуга Eppendorf 5424 | NA | |
| Digital Sonifier, модель 250, используется с Double Step Microtip | Branson | NA | |
| Incubator 30 ° C | Binder | NA | |
| Incubator 23 ° C | Binder | NA | |
| Filter System, 500 мл, полистирол | Cornig Incorporated | NA | |
| Rotary Shaker - Orbitron Rotatory II | Boekel | NA | |
| S150 Sputter Coater | Edwards | NA | |
| CPD 030 Осушитель критических точек | BAL-TEC | NA | |
| Сканирующий электронный микроскоп | XL30 ESEM FEG Philips (FEI) | NA |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение