Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Использование синтетической биологии инженеру живых клеток, которые взаимодействуют с программируемыми материалов

8.8K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/55300

⸱

9 марта 2017 г.

 ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, Carnegie Mellon University, 2Engineering Science and Mechanics Program, Virginia Polytechnic Institute and State University, 3Department of Biological Systems Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, 4Department of Bioengineering, University of Pittsburgh

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Эта статья представляет собой серию протоколов для разработки сконструированных клеток и функционализированных поверхности , которые дают возможность синтетически сконструированных E.coli , чтобы контролировать и управлять программируемыми поверхности материалов.

Аннотация

Мы разработали абиотическую-биотических интерфейс, который позволяет сконструированные клетки контролировать свойства материала функционализированного поверхности. Эта система сделана путем создания двух модулей: синтетически сконструированного штамма клеток E.coli и функционализированный интерфейс материала. В этой статье мы подробно протокол для генной инженерии выбранного поведения в пределах штамма E.coli , при использовании стратегий молекулярного клонирования. После разработки, этот штамм продуцирует повышенные уровни биотина при воздействии химического индуктора. Кроме того, мы подробно протоколы для создания двух различных функционализированных поверхностей, каждая из которых способна реагировать на клетки синтезированный биотина. Взятые вместе, мы представляем методологию для создания связанного, абиотическую-биотических система, которая позволяет сконструированные клетки для контроля состава материала и сборки на неживых субстратах.

Введение

Мы сообщаем процедуры разработки программируемую субстрат, способный реагировать на химический сигнал от сконструированного клеточной линии. 1 Мы делаем это путем создания биотин-стрептавидин интерфейс , который реагирует с биотином получают синтетически сконструированного Escherichia coli (E.coli) клетках. Ранее программируемые поверхности были разработаны для широкого спектра применений от обнаружения токсина 2 и пункт-ухода диагностики 3 обороны и безопасности. 4 В то время как программируемые поверхности могут быть использованы в качестве датчиков и исполнительных устройств, они могут быть сделаны "умнее" , наделяя их способностью приспосабливаться к различным экологическим проблемам. В отличие от этого , даже простые микроорганизмы, такие как E.coli, имеют присущую адаптивность и способны реагировать на вызовы со сложными и зачастую неожиданные решения. Эта адаптивность позволила Е.популяции Coli, под контролем их сложных генных сетей, экономически эффективно изыскивать ресурсы, 5 создавать продукты с добавленной стоимостью, 6 и даже мощности микро-масштаба робототехники. 7 сочетанием адаптивных преимуществ живых клеток с использованием программируемых поверхностей, мы можем создать смарт - субстрат , способный реагировать на различных условиях окружающей среды.

Синтетическая биология дала исследователям новые способности программировать поведение живых организмов. Машиностроительным клетки содержат новый ген регуляторных сетей, исследователи могут конструировать клетки, которые демонстрируют целый ряд запрограммированных форм поведения. 8, 9 Помимо фундаментальных исследований, эти модели поведения могут быть использованы для приложений , таких как управление Сборочный материал и биологически производства продукции с высокой добавленной стоимостью. 10 Здесь мы подробно , как мы использовали инструменты синтетической биологии для ваннойgineer штамм E.coli , который синтезирует биотин при индукции. Этот штамм был разработан с использованием методов фермента рестрикции клонирования для сборки плазмиды, pKE1-Лачи-bioB. Эта плазмида, когда трансформировали в E.coli штамм К-12 MG1655, жертвует клетки со способностью выражать повышенные уровни bioB, жизненно важного фермента для синтеза биотина. Когда трансформированные клетки индуцировали изопропиловым бета-D-1-тиогалактопиранозида (IPTG) и при условии, с предшественником биотин, desthiobiotin (DTB), были получены повышенные уровни биотина.

связывающее взаимодействие биотин с стрептавидином является одним из самых сильных нековалентных связей, существующих в природе. Таким образом, взаимодействие биотин-стрептавидин и хорошо охарактеризованных и высоко занятых в области биотехнологии. 11 В рамках этой рукописи мы представляем две стратегии , использующие взаимодействие биотин-стрептавидин чувствовать и обнаруживать клеток производства биотина с функционализированного поверхностью. Мыотносятся к этим контрастных поверхностей, как «косвенные» и «прямых» схем управления. В косвенном схеме управления, клетка производства биотин конкурирует с биотином, который был конъюгированным и иммобилизованного на поверхности полистирола для стрептавидина-сайтов. Кроме того, стрептавидин конъюгирован с пероксидазой хрена (HRP). ПХ изменяет 3, 3 ', 5, 5'-тетраметилбензидином (ТМВ), для получения оптического сигнала, 12 , которые могут быть проверены количественной оценки спектральной поглощательной (т.е. оптической плотности) при 450 нм (OD 450). Таким образом, косвенная схема управления позволяет исследователям измерять клеток производства биотин путем мониторинга затуханием сигнала OD 450.

Схема прямого управления использует стрептавидин-биотин событие иммобилизацией стрептавидин непосредственно к поверхности материала и позволяя клеток производства биотина и биотинилированного HRP, чтобы конкурировать за сайты связывания стрептавидина. Опять же,Относительные уровни клеточного производства биотина контролируются путем измерения сигнала OD 450.

Взятые вместе, сконструированные клетки и функционализованные поверхности позволяют нам контролировать свойства программируемой поверхности путем индуцирования сетей в живых клетках. Другими словами, мы создали систему, которая использует преимущества приспособляемости живых организмов и надежности и спецификации сконструированной интерфейса материала, связывая эти системы вместе.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Средства массовой информации и культуры Подготовка

  1. Подготовка лизогении бульона (LB) носителя путем смешивания 25 г порошка LB запаса 1 л деионизированной (ДИ) воды и автоклавированием раствора при температуре 121 ° С в течение 20 мин , чтобы стерилизовать.
    1. Для приготовления LB пластин, добавьте 15 г агар (1,5%) в средствах массовой информации LB перед стерилизацией
    2. Подготовка исходных растворов 1,000x карбенициллином (Cb) в деионизированной воде (50 мг / мл).
    3. При подготовке LB носитель, который включает антибиотик для селекции устойчивых трансформантов, подождать, пока температура стерилизованным LB СМИ не ниже 60 ° С, а затем добавляют 1 мкл запаса антибиотика для каждого 1 мл LB сред.
  2. Для M9 минимальных средах (таблица 1), подготовить отдельные растворы следующих: соли 5X М9 (56,4 г / л), 1 М MgSO 4, 1 М CaCl 2, 20% глюкозы и 2% биотина свободных казаминокислот.
    1. В автоклаве безопасной бутылки, смешайте 20 мл 5х солей M9, 200 &# 181; л 1 М MgSO 4, 10 мкл 1 М CaCl 2, 2 мл 20% глюкозы, 1 мл 2% биотина свободных казаминокислот, и 76,8 мл дистиллированной воды.
    2. Автоклава раствора, полученного на стадии 1.2.1 при температуре 121 ° С в течение 20 мин.
  3. Инкубируйте все культуры при 37 ° С при перемешивании при 400 оборотах в минуту. инкубационные времена меняются в зависимости от опыта и деформации, но, как правило, длится от 8 до 12 ч.

2. Генерация Биотин продуцирующей E. coli (Плазмида pKE1-Лачи-bioB)

Примечание: Генетическая схема содержит две части: репрессора lāči, движимый P L, Teto-1 промотор , что приводит к конститутивной экспрессии в связи с отсутствием тетр белка - репрессора, а также в качестве системы экспрессии , биотин , содержащий Р - TRC-2 промотор с последующим сильным сайт связывания рибосом (РБС) вождения выражение bioB. Все клонирование было выполнено в коммерческом, быстро делящегося кишечной палочки Страв. Окончательный конструкцию трансформировали в E.coli MG1655WT для тестирования. Праймеры (Таблица 2) были приобретены на коммерческой основе .

  1. Изолировать ген bioB из E.coli генома путем проведения целой клетки полимеразной цепной реакции (ПЦР):
    1. Grow клетки E.coli М.Г. 1655WT в течение ночи при температуре 37 ° С.
    2. В 0,2 мл ПЦР-пробирку, смешайте 1 мкл ночной культуры, полученного на стадии 2.1.1 с 9 мкл стерильной дистиллированной воды.
    3. Инкубируйте пробирку при 95 ° С в течение 5 мин в амплификатор и немедленно передать трубку до C морозильнике -80 ° в течение 10 мин для лизиса клеток. Это позволяет геномную ДНК, чтобы служить в качестве матрицы для ПЦР.
    4. Разморозить решение и добавьте (I) 2,5 мкл каждого из праймеров nBioB2-f1 и nBioB2-R, (II), 5 мкл 5х ДНК-полимеразы буфера, (III), 0,25 мкл ДНК-полимеразы, (IV), 0,5 мкл дНТФ смеси и (v) 6,75 мкл деионизированной воды при общем объеме реакционной смеси 25 мкл(Таблица 4).
    5. Удар в сторону (т.е. быстрого перемещения) трубы , чтобы смешать его содержимое. Затем, сразу же спином вниз трубку быстро (~ 2 сек), чтобы обеспечить образец находится в нижней части трубы.
    6. Поместите пробирку в амплификатор ПЦР и использовать программу , описанную в таблице 3 , с дополнительным шагом 3 мин при 95 ° С в начале протокола.
    7. Подтверждение успешного ПЦР с использованием гель-электрофореза (1,0 - 1,2% агарозы в деионизированной воде + этидий бромид) в Трис-основание, уксусную кислоту, и ЭДТА буфере (ТАЕ). Продукт ПЦР должен быть 1070 пар оснований (п.о.) в длину.
    8. Использование коммерческих наборов в соответствии с инструкциями изготовителя, чтобы извлечь фрагменты ДНК из геля со стадии 2.1.7.
  2. Изолировать P TRC-2 и промотор оперона LĀČI из плазмиды pKDL071 13 (любезно лаборатории Джеймса Коллинза в Массачусетском технологическом институте):
    1. Рост клеток E.coli , содержащихплазмида pKDL071 в течение ночи в LB + Cb при 37 ° С.
    2. Экстракт плазмидной ДНК из клеток с использованием коммерческого набора минипрепаративную в соответствии с инструкциями изготовителя. Плазмида будет служить в качестве матрицы для ПЦР.
    3. Следуйте протоколу ПЦР из шагов 2.1.4. до 2.1.8. со следующими изменениями:
    4. Заменить лизированных клеток плазмидой экстракта на стадии 2.2.2.
    5. Используйте 2,5 мкл каждого из праймеров 1-F и 1-г для извлечения кассеты Лачи. С другой стороны , использовать 2,5 мкл каждого из праймеров nBioB1-F и nBioB1-R для P экстракции TRC-2.
    6. Выполните гель - электрофореза (этап 2.1.7) для подтверждения ПЦР - продукты кассета Лачи и P TRC-2 промоутер сайта. Они должны быть 1213 пар оснований и 109 пар оснований, соответственно.
  3. Используйте сплайсинг путем расширения перекрытия (SOE) ПЦР построить кассету , содержащую bioB P TRC-2, сайт связывания рибосомы синтетический (RBS) в праймера nBioB2-f2 и bioB ген. Thermocyler программа ПЦР приведены в таблице 3.
  4. Вставка конструкции (P L, Teto-1 + Лачи и P TRC-2 + bioB) в pKE1-MCS плазмидного вектора 13 позвоночником (любезно лаборатории Джеймса Коллинза в MIT) путем переваривания вектора и вставки с помощью ферментов рестрикции:
    1. Извлечение генов с использованием ферментов рестрикции и гель-электрофореза. Каждая реакционная смесь содержит (I) 5 мкл 10-кратного буфера для реакции, (II), 1 мкл рестриктазы 1, (III), 1 мкл рестриктазы 2, (IV), по меньшей мере, 1 мкг ДНК, и (v) деионизированной воды в довести конечный объем до 50 мкл (таблица 5). Дайджест ферментами AatII и EcoRI для кассеты Лачи и ферментами HindIII и SacII для кассеты bioB.
    2. После реакции собирают, быстро вихрь их и кратко центрифуге (~ 2 сек) до инкубации в течение 1 ч при 37 ° С.
    3. В течениеПереваривание, готовят гели для электрофореза в соответствии со стандартными протоколами.
    4. Объединить с расщепленной ДНК гель-электрофореза буфера 6х загрузки.
    5. Используйте 2 журнала лестницу, чтобы проверить расположение нужной конструкции, вырезать фрагмент ДНК из геля, и использовать коммерческие наборы для экстракции из геля в соответствии с инструкциями производителя, чтобы извлечь фрагменты ДНК из геля.
  5. Количественная ДНК с помощью спектроскопии и вычислить объемы для 0: 1, 1: 1, 3: 1 молярные соотношения вставки в вектор с использованием уравнения 1:
    figure-protocol-1 Уравнение 1
    В уравнении 1, M представляет собой отношение вставки к вектору (0, 1, или 3), Х I является количество ДНК - вставки, п.н. I является длина вставки в парах оснований, п.о. V есть длина вектора в пар оснований, а X v является величина вектора (50 нг).
  6. Смешать реакции лигирования путем объединения (I) 1 мкл 10х буфера для лигазы, (II)1 мкл лигазы Т4, (III) вектор ДНК 50 нг, (IV) , масса ДНК - вставки для каждой конкретной реакции, и (v) ДИ водой до 10 мкл Общий объем реакционной смеси (таблица 6).
  7. Инкубируют при комнатной температуре (RT) в течение 1 ч.
  8. Во время лигирования инкубации на стадии 2.7, готовят химически компетентных клеток.
    1. Алиготе 1 мл в течение ночи культурами, в 1,5 мл центрифужные пробирки.
    2. Центрифуга при 16200 х г в течение 1 мин.
    3. Слейте супернатант и ресуспендируют осадок в 200 мкл охлажденной (на льду) 100 мМ CaCl 2. Ресуспендируют осадок осторожно пипеткой. Не вихрь.
    4. Поместите микроцентрифужных пробирку на льду в течение 10 мин.
    5. Центрифуга, удалить супернатант, ресуспендируют осадок в 100 мкл охлажденного 100 мМ CaCl 2, и поместите пробирку на льду снова.
    6. Отцентрифугировать пробирку в последний раз и вновь суспендируют таблетку в 50 мкл охлажденного 100 мМ CaCl 2.
    7. Местотрубка на льду и сразу же использовать химически компетентных клеток.
  9. Добавьте 5 мкл лигированной ДНК, приготовленные на этапах 2.6 и 2.7, в каждую пробирку компетентных клеток, приготовленной на стадии 2.8.
  10. Перемешайте трубку на короткое время, ударяя сторону (т.е. стряхивая) трубы, а затем поместить пробирки на льду в течение 30 мин.
  11. Теплового шока пробирки в течение 45 с при 42 ° С и возвращают пробирки на лед на 2 мин.
  12. Пипетировать клеток на селективной LB агар + антибиотических пластин и распространение клеток с использованием стеклянной обшивки бисером.
  13. Инкубируйте пластин в течение ночи при температуре 37 ° С.
  14. На следующее утро, забрать колоний из вставных-положительных пластин (то есть, 1: 1 и 3: 1 пластины). Pick 3 колонии, если 0: 1 отрицательный контроль пластина не показывает никакого роста, или выбрать 5-8 колоний, если 0: 1 пластина имеет некоторый рост. С помощью отобранных колоний для инокуляции 5 мл LB + антибиотик и расти в течение 8 ч при 37 ° С при перемешивании.
  15. Экстракт плазмидной ДНК из клеток с использованием miniprер комплект, следуя инструкциям производителя. Выполните пробную порезах рестриктаз (следуя той же методике, описанной в пункте 2.4.1.).
  16. Выявление клеток с успешным конструктов путем сравнения длины расщепленных фрагментов ДНК с ожидаемыми результатами от правильной конструкции. Культуры, несущие успешные плазмидные конструкции могут быть сохранены путем смешивания равных частей культуры с раствором стерилизованного фильтрацией, 40% глицерина (в деионизированной воде) и замораживания смеси при -80 ° С.
    Примечание: Трансформации плазмид в другие штаммы E. coli (т.е. MG1655WT) может осуществляться с помощью следующих вышеуказанную процедуру для создания химически компетентных клеток.

3. Характеристика Cell: Кривая роста и реакции от дозы

  1. Grow сконструированных штаммов в течение ночи в LB среде с соответствующим антибиотиком.
  2. Для кривых роста, подготовить 50 мл минимальной среды М9 с и без IPTG (от 0,5 М сTock) и / или DTB (от 500 мкг / мл стоковый) следующим образом:
    1. Подготовьте 0 нг / мл DTB (0 мкл в наличии) / 0 мМ IPTG (0 мкл на складе).
    2. Подготовьте 200 нг / мл DTB (200 мкл на складе) / 0 мМ IPTG (0 мкл на складе).
    3. Подготовьте 0 нг / мл DTB (0 мкл в наличии) / 0,5 мМ IPTG (50 мкл на складе).
    4. Подготовьте 200 нг / мл DTB (200 мкл на складе) / 0,5 мМ IPTG (50 мкл на складе).
    5. Привить с ночной культуры в соотношении 1: 100 в средствах массовой информации, указанных выше.
    6. В 96-луночный планшет, аликвоты по 200 мкл культуры, в трех экземплярах, в каждую лунку.
    7. Мера OD 600 через каждые 5 мин в течение 24 ч при непрерывном встряхивании и инкубирования при 37 ° С в ридере.
  3. Для исследований доза - ответ, заменить ген bioB в pKE1-Лачи-bioB с mCherry (красный флуоресцентный белок) в режиме реального времени оптической количественной оценке.
  4. Добавить различные количества IPTG в диапазоне от 0,1 мМ до 5 мМ, чтобы индуцировать экспрессиюв LB СМИ.
  5. Инокулируйте с ночной культурой в разведении 1: 100.
  6. Измерение флюоресценции, каждые 30 мин в течение 15 ч.

4. Склонение биотина Производство из сконструированные клетки и супернатанта Подготовка

  1. Grow pKE1-Лачи-bioB в E.coli штамма MG1655 в течение ночи в LB СМИ.
  2. Дополнение М9 с DTB в пределах от 30 до 200 нг / мл.
  3. Добавьте 0,5 мМ IPTG, чтобы индуцировать синтез биотина.
  4. Привить дополненные, биотин свободных минимальных средах M9 с ночной культурой в разведении 1: 100.
  5. Через 24 ч роста, центрифужные клеток и собирают биотин обогащенного супернатант.
  6. Мера биотин обогащенный супернатанта с косвенным контролем и непосредственным контролем функционализованные поверхностей. Используйте супернатант вместо образца биотина с шагом 5,23 и 6,12, соответственно.

5. Косвенное Подготовка поверхности Схема управления функционализированного

  1. Приготовьте тысе следующие решения.
    1. Готовят раствор SMCC, состоящий из 20 мг / мл сукцинимидил транс-4- (maleimidylmethyl) циклогексан-1-карбоксилат (SMCC) в диметилсульфоксиде (ДМСО).
    2. Готовят раствор SPDP, состоящий из 20 мг / мл сукцинимидил 3- (2-пиридилдитио) пропионата (СПДП) в ДМСО.
    3. Готовят 20 мг / мл LC-LC-биотина в DMSO.
    4. Готовят 10 мг / мл пероксидазы хрена (HRP) в фосфатно-солевом буфере (PBS).
    5. Готовят 10 мг / мл стрептавидина (SA) в PBS.
    6. Готовят 10 мг / мл бычьего сывороточного альбумина (BSA) в PBS.
    7. Подготовьте 100 мМ дитиотреитола (DTT) в деионизированной воде.
    8. Подготовка 5 мМ ethylenediaminetetaacetic кислота (ЭДТА) в PBS.
    9. Готовят 0,5% казеина в PBS.
    10. Готовят 20% Tween 80 запас в деионизированной воде.
    11. Приготовьте 0,05% твин-80 (от 20% акций) в PBS.
    12. Готовят 50 мМ ацетата натрия в деионизированной воде.
    13. Готовят 1% ТМБ в ДМСО.
    14. Подготовьте 3% Н 2 O 2 Iп DI воды.
    15. Подготовьте 2 М H 2 SO 4 в деионизированной воде.
  2. Добавить 1,4 мкл раствора SPDP в 20 мкл раствора СА.
  3. Выдержите раствор из 5,2 в течение 1,5 ч при комнатной температуре, заворачивали в алюминиевую фольгу, чтобы избежать воздействия света. Этот шаг позволяет сшивающий СПДП приклеиться SA через аминогруппу, образующей пиридилдитио активированные SA.
  4. Добавить 2,4 мкл DDT раствора к раствору с шага 5.3 и инкубировать в течение 1 часа при комнатной температуре. Это позволяет пиридинового 2-тиона расщеплению, что приводит к сульфгидрильных активированные SA.
  5. Добавить 7,5 мкл раствора SMCC 72 мкл раствора HRP и инкубировать в течение 1,5 ч при комнатной температуре, завернутые в алюминиевую фольгу, чтобы избежать воздействия света. Это приводит к HRP Активированный малеимидом связанного с аминогруппой.
  6. Смешайте 17 мкл LC-LC-биотин раствора с 200 мкл раствора BSA и инкубировать в течение 1,5 ч при комнатной температуре, завернутые в алюминиевую фольгу, чтобы избежать воздействия света. Этот шаг позволяет биотина сопряженного то БСА посредством амидной связи.
  7. Передача решения от шагов, 5.4, 5.5 и 5.6 для разделения центробежных концентраторов внутри спиновых трубок.
  8. Для труб, не содержащих SA-SPDP, начиная с шага 5.4, центрифуге при 10000 мкг до объема трубки достигает 100 мкл или в течение 16 мин. Заполните формующей трубки до 500 мкл с PBS-ЭДТА.
    1. Повторите шаг 5,8 пять раз. Хранить запас при температуре 4 ° С.
  9. Для труб , содержащих HRP-SMCC, с шагом 5,5, центрифуге при 10000 х г до тех пор , пока объем не достигнет 25 мкл или в течение 16 мин. Заполните формующей трубки до 500 мкл с PBS.
    1. Повторите шаг 5.9 в пять раз. Хранить запас при температуре 4 ° С.
  10. Для труб , содержащих БСА-биотин, с шагом 5.6, центрифуге при 10000 х г до тех пор , пока объем не достигнет 100 мкл или в течение 12 мин. Заполните формующей трубки до 500 мкл с PBS.
    1. Повторите шаг 5.10 в четыре раза.
    2. Центрифуга при 10000 х г до тех пор, пока объем не достигнет 100 мклили в течение 12 мин. Добавьте 100 мкл PBS на пробирку. Хранить запас при температуре 4 ° С.
  11. Добавить 25 мкл 10 мг / мл раствора HRP с 25 мкл 10 мг / мл раствора СА и хранят при температуре 4 ° С в течение ночи. Это приводит к тому , SA стать конъюгированные с HRP через тиоэфирную связь.
    1. Подготовьте 1: рабочий раствор 4 с раствором в течение ночи и хранят в 4 ° C холодильник. Хранить оставшийся раствор при -20 ° С.
  12. Готовят два раствора, состоящие из БСА-биотин (или БСА) в PBS, путем добавления 10 мкл БСА-биотин запаса (или 10 мкл БСА имеющихся в наличии) до 490 мкл PBS.
  13. Добавьте 100 мкл раствора со стадии 5,12 в каждую лунку 96-луночного полистирола пластины.
  14. Инкубируйте планшет при 37 ° С в течение 1 ч, в фольге.
  15. Промыть лунки планшета с 0,05% Tween 80.
    1. Добавить 200 мкл 0,05% PBS-Tween 80 в лунки. Инкубировать в течение 2 мин при комнатной температуре. Декантируют жидкость.
    2. Повторите шаг 5.15.1 три раза.
  16. Добавить 200 мкл 0,5% раствора казеина в каждую из лунок, в 96-луночный планшет.
  17. Инкубируйте планшет при 37 ° С в течение 1 ч.
  18. Повторите шаг 5,15 мыть лунки три раза.
  19. Готовят раствор путем смешивания 12 мл 0,5% -ного раствора казеина с 7,5 мкл 0,05% Tween 80.
  20. Развести SA-HRP запас 1: 10000 с использованием раствора, полученного на стадии 5.19.
  21. Добавляют 80 мкл раствора, полученного на стадии 5.20 в каждую лунку 96-луночного планшета.
  22. Добавьте 20 мкл приготовленного образца биотина в каждую лунку полистирольного пластины. Супернатанта, полученную в 4,6 могут быть использованы в качестве образца биотина в этом шаге.
  23. Инкубируйте планшет при 37 ° С в течение 1 ч. Этот шаг позволяет конкурентного связывания между свободным биотина и иммобилизации БСА-биотин для сайтов связывания SA-HRP.
  24. Повторите шаг 5,15 мыть лунки три раза.
  25. Смешайте 50 мМ раствор ацетата натрия, 1% раствора ТМБ,и 3% -ного раствора H 2 O 2 при 1000: 1 отношение (20 мл общего объема): 10.
  26. Добавьте 200 мкл раствора со стадии 5,25 в каждую лунку и позволяют сидеть в течение 15 мин при комнатной температуре, покрытой фольгой.
  27. Добавляют 50 мкл 2 М H 2 SO 4 в каждую лунку , чтобы остановить реакцию. Мера OD 450 , используя планшет - ридер.

Подготовка поверхности 6. Прямая Схема управления функционализированного

  1. Подготовьте следующие решения.
    1. Готовят 20 мг / мл LC-LC-биотина в DMSO.
    2. Готовят 10 мг / мл HRP в PBS.
    3. Приготовьте 0,17 мкг / мл SA в PBS.
    4. Готовят 0,5% казеина в PBS.
    5. Готовят 20% Tween 80 запас в деионизированной воде.
    6. Приготовьте 0,05% твин-80 (от 20% акций) в PBS.
    7. Готовят 50 мМ ацетата натрия в деионизированной воде.
    8. Готовят 1% ТМБ в ДМСО.
    9. Подготовьте 3% H 2 O 2 в деионизированной воде.
    10. Подготовьте 2 H 2 SO 4 в деионизированной воде.
  2. Добавить 7,5 мкл LC-LC-биотин до 72 мкл HRP и инкубировать при температуре в течение 1,5 ч при комнатной температуре, заворачивали в алюминиевую фольгу, чтобы избежать воздействия света. Этот шаг вызывает биотина к сопряженной с HRP посредством амидной связи.
  3. Передача раствора со стадии 6.2 в центробежный концентратор внутри формующей трубки
    1. Центрифуга решение при 10000 х г до тех пор, пока объем не достигнет 100 мкл или в течение 12 мин. Заполните формующей трубки до 500 мкл с PBS и повторить центрифугирование и PBS добавление в четыре раза. Хранить запас при температуре 4 ° С.
  4. Добавьте 100 мкл раствора SA с разделом 6.1.3 в каждую лунку в 96-луночные полистирольной пластины.
  5. Инкубируйте планшет при 37 ° С в течение 1 ч, в фольге.
  6. Промыть лунки планшета с 0,05% Tween 80.
    1. Добавить 200 мкл 0,05% Tween 80 в лунки. Инкубировать в течение 2 мин при комнатной температуре. Декантируют жидкость.
    2. Повторите 6.6.1 три раза.
  7. Добавить 200 мкл 0,5% раствора казеина в каждую из лунок, в 96-луночный планшет.
  8. Инкубируйте планшет при 37 ° С в течение 1 ч.
  9. Повторите шаг 6,6 три раза, чтобы промыть лунки.
  10. Развести биотин-ПХ запас 1: 10000 с использованием раствора, полученного на стадии 6.3.
  11. Добавляют 80 мкл раствора, полученного на стадии 6.10 в каждую лунку 96-луночного планшета.
  12. Добавьте 20 мкл приготовленного образца биотина в каждую лунку полистирольного пластины. Супернатанта, полученную в 4,6 могут быть использованы в качестве образца биотина в этом шаге.
  13. Инкубируйте планшет при 37 ° С в течение 1 ч. Этот шаг позволяет конкурентного связывания между свободным биотин и биотин-HRP для иммобилизованных сайтов связывания SA.
  14. Повторите шаг 6.6 мыть лунки три раза.
  15. Смешайте 50 мМ раствор ацетата натрия, 1% -ный раствор ТМБ и 3% H 2 O 2 раствор при 1000: 1 отношение (20 мл общего объема): 10.
  16. Добавьте 200 мкл раствора со стадии 6.15 в каждую лунку и инкубировать в течение 15 мин при комнатной температуре, покрытой фольгой.
  17. Добавить 50 мкл 2 М H 2 SO 4 раствора в каждую лунку , чтобы остановить реакцию. Мера OD 450 , используя планшет - ридер.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Типичные результаты представлены в прилагаемой пяти фигур. Во- первых, мы представляем процесс клонирования графически (рис 1) , так что читатель может визуально следить за критические шаги для создания синтетически сконструированного штамма E.coli. Для того чтобы охарактеризовать динамику популяций клеток, мы обеспечиваем кривую роста (рисунок 2) , порожденную измерения оптической плотности при 600 нм (OD 600) населения. Затем мы пок...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Мы представили новую стратегию для взаимодействия сконструированных живых клеток с функциональными группами поверхности материала. Это было достигнуто путем разработки клеточной линии, способной синтезировать повышенные уровни биотина при индуцированных IPTG. Повышенные уровни биотина затем могут быть использованы для модификации функционализированный поверхности. Протоколы подробно , как спроектировать кишечно линии клеток E. и как создать два различных функционализированных поверхности.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Благодарности

Авторы выражают благодарность поддержку от премии FA9550-13-1-0108 от Управления ВВС научных исследований США. Авторы дополнительно признают поддержку от премии N00014-15-1-2502 из Управления военно-морских исследований США, финансирование из Института важнейших технологий и прикладных наук в Вирджинии политехнического института и государственного университета, а также от Национального научного фонда Graduate исследований Программа стипендий, награда номер 1607310.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
LB Бульон, Miller Fisher Scientific12-795-027
АгарFisher ScientificBP9744500
карбенициллин Fisher ScientificBP26481
M9, минимальные соли, 5xсигма-олдричM6030
Casamino кислоты Fisher ScientificBP1424-100
сульфат магния, безводныйFisher ScientificM65-500
хлорид кальция, дигидратFisher ScientificC79-500
декстроза (D-глюкоза), безводныйFisher ScientificD16-1
NEB турбоклеточная линияNew England BiolabsC2984l
олигонуклеотид ПраймерыThermo Fisher ScientificN/A25N синтез, очистка DSL
Q5 Высокоточная полимераза NewEngland BiolabsM0491S
Q5 Реакционный буферNew England BiolabsB9027S
dNTP Смесь растворов NewEngland BiolabsN0447S
AgaroseBioexpressE-3120-125
Ethidium Bromide, 1%Fisher ScientificBP1302-10
Epoch Biolabs2260250
набор для мини-подготовки плазмидной ДНКGenCatch Epoch Biolabs2160250
AatIINew England BiolabsR0117S
SacIINew England BiolabsR0157S
HindIII-HFNew England BiolabsR3104S
EcoRI-HFNew England BiolabsR3101S
Буфер CutsmartEngland BiolabsB7204S
T4 ДНК-лигазаNew England BiolabsM0202S
T4 DNA Ligase Реакционный буферNew England BiolabsB0202S
ColiRolle Стеклянные бусины EMD Millipore7101-3
ГлицеринFisher ScientificBP229-1
Изопропил &бета;-D-1-тиогалактопиранозид (IPTG)Fisher ScientificBP1755-10
NHS-дестиобиотин (DTB)Thermo Fisher Scientific16129
сукцинимидилтранс-4-(малеимидилметил) циклогексан-1-карбоксилат (SMCC) Thermo Fisher ScientificS1534
Диметилсульфоксид (ДМСО) Fisher ScientificBP231-100
сукцинимидил-3-(2-пиридилдитио) пропионат (SPDP) Thermo Fisher ScientificS1531
NHS-LC-LC-биотинThermo Fisher Scientific21343
Пероксидаза хрена (HRP) Thermo Fisher Scientific31490
Фосфатный буферный раствор (PBS), 10x растворFisher ScientificBP399500
стрептавидина (SA) Thermo Fisher Scientific21145
Бычий сывороточный альбумин (БСА)Fisher ScientificBP1600-100
Дитиотреитол (DTT)Fisher ScientificBP172-5
Этилендиаминэтетуксусная кислота (ЭДТА) Fisher ScientificS311-500
Tween 80 Fisher ScientificT164-500
Перекись водородаFisher ScientificH325-4
3, 3', 5, 5'-тетраметилбензидин (TMB)Fisher Scientific
Vivaspin 500 Viva ProductsVS0192
Ацетат натрия, безводныйFisher ScientificBP333-500
96-луночные полистирольные пластиныThermo Fisher Scientific266120
Наборы для экстракции геля New Центробежные концентраторы AC229280050

Ссылки

  1. Zhang, R., Heyde, K. C., Scott, F. Y., Paek, S. -H., Ruder, W. C. Programming Surface Chemistry with Engineered Cells. ACS Synth. Biol. , (2016).
  2. Zhou, X., et al. Reduced graphene oxide films used as matrix of MALDI-TOF-MS for detection of octachlorodibenzo-p-dioxin. Chem. Commun. 46, 6974-6976 (2010).
  3. Pardee, K., et al. Low-Cost Detection of Zika Virus Using Programmable Biomolecular Components. Cell. 165, 1255-1266 (2016).
  4. Bähring, S., et al. Design and Sensing Properties of a Self-Assembled Supramolecular Oligomer. Chem. Eur. J. 22, 1958-1967 (2016).
  5. Nicolau Jr, D. V., Armitage, J. P., Maini, P. K. Directional persistence and the optimality of run-and-tumble chemotaxis. Comp. Biol. Chem. 33, 269-274 (2009).
  6. Du, J., Shao, Z., Zhao, H. Engineering microbial factories for synthesis of value-added products. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 38, 873-890 (2011).
  7. Kim, H., Kim, M. J. Electric Field Control of Bacteria-Powered Microrobots Using a Static Obstacle Avoidance Algorithm. IEEE Trans. Rob. 32, 125-137 (2016).
  8. Gardner, T. S., Cantor, C. R., Collins, J. J. Construction of a genetic toggle switch in Escherichia coli. Nature. 403, 339-342 (2000).
  9. Heyde, K. C., Ruder, W. C. Exploring Host-Microbiome Interactions using an in Silico Model of Biomimetic Robots and Engineered Living Cells. Sci. Rep. 5, 11988(2015).
  10. Rice, M. K., Ruder, W. C. Creating biological nanomaterials using synthetic biology. Sci. Tech. Adv. Mater. 15, 014401(2014).
  11. Green, N. M. Avidin. 3. The nature of the biotin-binding site. Biochem. J. 89, 599-609 (1963).
  12. Mesulam, M. M. Tetramethyl benzidine for horseradish peroxidase neurohistochemistry: a non-carcinogenic blue reaction product with superior sensitivity for visualizing neural afferents and efferents. J Histochem. Cytochem. 26, 106-117 (1978).
  13. Litcofsky, K. D., Afeyan, R. B., Krom, R. J., Khalil, A. S., Collins, J. J. Iterative plug-and-play methodology for constructing and modifying synthetic gene networks. Nat. Meth. 9, 1077-1080 (2012).
  14. Gibson, D. G., et al. Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science. 319, 1215-1220 (2008).
  15. Diamandis, E. P., Christopoulos, T. K. The biotin-(strept)avidin system: principles and applications in biotechnology. Clin. Chem. 37, 625-636 (1991).
  16. Nerurkar, L. S., Namba, M., Brashears, G., Jacob,, Lee, A. J., Sever, Y. J., L, J. Rapid detection of herpes simplex virus in clinical specimens by use of capture biotin-streptavidin enzyme-linked immunosorbent assay. J. Clin. Micro. 20, 109-114 (1984).
  17. Cui, Y., Wei, Q., Park, H., Lieber, C. M. Nanowire Nanosensors for Highly Sensitive and Selective Detection of Biological and Chemical Species. Science. 293, 1289-1292 (2001).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

E coliSPDPHRPOD 450
Использование синтетической биологии инженеру живых клеток, которые взаимодействуют с программируемыми материалов
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.