Здесь представлен протокол анализа химиотерапии на месте, недавно разработанного микрофлюидного устройства, позволяющего проводить исследования микробного поведения непосредственно в окружающей среде.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь представлен протокол анализа химиотерапии на месте, недавно разработанного микрофлюидного устройства, позволяющего проводить исследования микробного поведения непосредственно в окружающей среде.
Микробное поведение, такое как подвижность и хемотаксис (способность клетки изменять свое движение в ответ на химический градиент), широко распространены в бактериальных и археологических областях. Хемотаксис может привести к значительным преимуществам приобретения ресурсов в неоднородных средах. Он также играет решающую роль в симбиотических взаимодействиях, болезнях и глобальных процессах, таких как биогеохимическое велоспорт. Тем не менее, современные методы ограничивают исследования хемотаксиса в лаборатории и не легко применимы в этой области. Здесь представлен пошаговая протокола для развертывания на месте химиотаксиса (ISCA), устройства, которое позволяет проводить надежные допросы микробных хемотаксисов непосредственно в естественной среде. ISCA представляет собой микрофлюидное устройство, состоящее из массива из 20 колодец, в котором могут быть загружены химические вещества, представляющие интерес. После развертывания в aqueous средах, химические вещества рассеиваются из скважин, создавая концентрационные градиенты, что микробы смысле и реагировать на плавание в скважины через хемотаксис. Содержимое хорошо может быть отобрано и использовано для (1) количественной силы хемотаксических реакций на конкретные соединения через цитометрию потока, (2) изолят и культуру отзывчивых микроорганизмов, и (3) характеризуют идентичность и геномный потенциал ответивших популяций с помощью молекулярных методов. ISCA является гибкой платформой, которая может быть развернута в любой системе с водной фазой, включая морскую, пресноводную и почву.
Разнообразные микроорганизмы используют подвижность и хемотаксис для использования неоднородных питательных сред, найти хозяев или избежать вредныхусловий 1,,2,,3. Такое микробное поведение, в свою очередь, может влиять натемпы химической трансформации 4 и способствовать симбиотическим партнерствам между наземными, пресноводнымии морскими экосистемами 2,,5.
Хемотаксис был широко изучен в лабораторных условиях в течение последних 60 лет6. Первый количественный метод для изучения хемотаксиса, капиллярный анализ, включает в себя капиллярную трубку, наполненную осязаемым хемоаттракантом, погруженным в суспензиюбактерий 6. Диффузия химического вещества из трубки создает химический градиент, и хемотаксических бактерий реагировать на этот градиент, мигрируя втрубку 7. С момента развития капиллярного анализа, по-прежнему широко используется сегодня, многие другие методы были разработаны для изучения хемотаксиса под все более контролируемых физических / химических условиях, с последними с использованиеммикрофлюиды 8,9,10.
Микрофлюиды, наряду с высокоскоростной видео микроскопией, позволяют отслеживать поведение одиночных клеток в ответ на тщательно контролируемые градиенты. Хотя эти методы значительно улучшили наше понимание хемотаксиса, они были ограничены лабораторным использованием и не легко переводятся на развертывание на местах в экологических системах. Вследствие этого не изучена способность естественных сообществ бактерий использовать хемотаксис в естественных экосистемах; таким образом, нынешнее понимание потенциальной экологической важности хемотаксиса пристрастно к искусственным лабораторным условиям и ограниченному числу лабораторно-культурных бактериальных изолятов. Недавно разработанный ISCA преодолевает эти ограничения11.
ISCA основывается на общем принципе анализа капилляров; однако, он использует современные методы микрофабрики для доставки высоко реплицируемой, легко развертываемой экспериментальной платформы для количественной оценки хемотаксиса по отношению к соединениям, представляющим интерес в природной среде. Он также позволяет идентифицировать и идентифицировать хемотаксических микроорганизмов путем прямой изоляции или молекулярных методов. В то время как первое рабочее устройство было самофабрикатом и построено из стекла и PDMS11,последняя инъекционная версия состоит из поликарбоната, используя высокостандартизированную процедуру изготовления (для интереса к последней версии устройства, с соответствующими авторами можно связаться).
ISCA размером с кредитную карту состоит из 20 скважин, распределенных в массиве скважин 5 х 4, каждая из которых связана с внешней водной средой небольшим портом (800 мкм в диаметре; Рисунок 1). Если химиотерапия загружается в скважины, диффузные в окружающую среду через порт, и хемотатические микробы реагируют, плавая через порт в колодец. Поскольку многие факторы могут повлиять на результаты эксперимента ISCA в естественной среде, этот пошаговой протокол поможет новым пользователям преодолеть потенциальные препятствия и облегчить эффективное развертывание.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мы рекомендуем выполнять раздел 1 до полевых экспериментов для оптимизации результатов.
1. Лабораторная оптимизация
ПРИМЕЧАНИЕ: Объемов, описанных в процедуре оптимизации, достаточно для одной ISCA (состоящей из 20 скважин).
2. Подготовка к развертыванию на местах
ПРИМЕЧАНИЕ: Подготовка материала и строительство корпуса для демпфирования потока (раздел 2) должны быть проведены до развертывания.
3. Процедура в полевых условиях
4. Заявки вниз по течению
ПРИМЕЧАНИЕ: Объемы даются на основе образца 550 йл (один ряд ISCA).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом разделе представлены лабораторные результаты с использованием ISCA для проверки хемотаксической реакции морских микробов на диапазон концентрации глутамина, аминокислоты, известной для привлечения почвенныхбактерий 14. Концентрация глутамина, вызвавшая сильнейший химиотатический ответ в лабораторных испытаниях, была использована для проведения анализа хемотаксиса в морской среде.
Для проведения лабораторных испытаний сообщества морской воды, отобранные из прибреж...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В масштабе водных микроорганизмов окружающая среда далека от однородной и часто характеризуется физическими/химическими градиентами, которые структурироватьмикробные сообщества 1,15. Способность разношерстных микроорганизмов использовать поведение (т.е. хемотаксис) облегчает кормление в рамках этих неоднородных микроокнороний1. Изучение хемотаксиса непосредственно в окружающей среде имеет потенциал для выявления важных межвидовых взаимодей...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствие конфликта интересов.
Это исследование было частично профинансировано Гордон и Бетти Мур Фонд морской микробиологии инициативы, через грант GBMF3801 ДЛЯ JRS и Р.С., и следователь премии (GBMF3783) для Р.С., а также стипендию Австралийского исследовательского совета (DE160100636) J.B.R., награду от Фонда Саймонс до B.S.L. (594111) и грант Фонда Симонс (542395) Р.С. в рамках Принципов микробных экосистем (PriME) Сотрудничество.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Клей акриловый Evonik | 1133 | Acrifix 1S 0116 | |
| Лист акриловый лист | McMaster-Carr | 8505K725 | Или другой фирмы |
| Скотч | Скотч | 3M 810 | Скотч Волшебная лента |
| Автоклав | Systec | D-200 | Или другой фирмы |
| Настольная центрифуга | Fisher Scientific | 75002451 | Или другой фирмы |
| Банджи-шнур | Паракорд Планета | 667569184000 | Или другой фирмы |
| Центрифужная трубка - 2 мл | Sigma Aldrich | BR780546-500EA | Eppendorf Tube |
| Коническая центрифуга Коническая центрифуга Tube - 15 мл | Fisher Scientific | 11507411 | Falcon Tube |
| Коническая центрифуга - 50 мл | Fisher Scientific | 10788561 | Falcon Tube |
| Deployment arm | Irwin | 1964719 | Или другая компания |
| Развертывание заглушки корпуса | Fisher Scientific | 21-236-4 | Смотрите альтернативы в рукописи |
| Одноразовые дворники | Kimtech - Fisher Scientific | 06-666 | Проточный цитометр Kimwipes |
| Beckman | C09756 | CYTOFlex | |
| Глутаральдегид 25% | Sigma Aldrich | G5882 | Или другая компания |
| Зеленый флуоресцентный краситель | Sigma Aldrich | S9430 | SYBR Green I - 1:10,000 окончательное разбавление |
| Гидрофильный картридж фильтра GP - 0.2 &; m | Merck | C3235 | Sterivex фильтр |
| In Situ Chemotaxis Assay Assay (ISCA) | - | - | Свяжитесь с авторами-корреспондентами |
| Лазерный резак | Epilog Laser | Fusion pro 32 | Или другая компания |
| Luria Bertani Broth | Sigma Aldrich | L3022 | Или другая компания |
| Marine Broth 2216 | VWR | 90004-006 | Difco |
| Nylon шлицевые винты с плоской головкой | McMaster-Carr | 92929A243 | M 2 & 4 & раз; 8 мм |
| Набор пипеток | Fisher Scientific | 05-403-151 | Или других фирм |
| Наконечники для пипеток - 1 мл | Fisher Scientific | 21-236-2A | Или другие фирмы |
| Наконечники для пипеток - 20 & микро; L | Fisher Scientific | 21-236-4 | Или другой фирмы |
| Наконечники для пипеток - 200&мкм; L | Fisher Scientific | 21-236-1 | Или другая фирма |
| Морская соль | Sigma Aldrich | S9883 | Для искусственной морской воды |
| серологическая пипетка - 50 мл | Sigma Aldrich | SIAL1490-100EA | Или другая фирма |
| Шприц фильтр - 0.02&микро; m | Ватман | WHA68091002 | Анатоп фильтр |
| Шприцевой фильтр - 0,2 &; m | Fisher Scientific | 10695211 | Или другой фирмы |
| Игла для шприца 27G | Henke Sass Wolf | 4710004020 | 0,4 &раз; 12 мм |
| Шприцы - 1 мл | Codau | 329650 | Инсулин Luer U-100 |
| Шприцы - 10 мл | BD | 303134 | Или другая фирма |
| Шприцы - 50 мл | BD | 15899152 | Или другая фирма |
| Тюбик штатив - 15 мл | Thomas Scientific | 1159V80 | Или другой фирмы |
| Штатив для труб - 50 мл | Thomas Scientific | 1159V80 | Или другого производителя |
| Непокрытый быстрорежущий сталь общего назначения Метчик | McMaster-Carr | 8305A77 | Или другой компании |
| Вакуумный фильтр - 0,2 & микро; m | Фильтр Merck | SCGPS05RE | Steritop |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.