Этот протокол описывает количественный подход к измерению микробной автоагрегации с помощью визуализационной проточной цитометрии.
Method Article
Этот протокол описывает количественный подход к измерению микробной автоагрегации с помощью визуализационной проточной цитометрии.
Полезные и пробиотические бактерии играют важную роль в организме своих хозяев, обеспечивая различные преимущества для здоровья, включая иммунитет к инфекционным заболеваниям. Семейство Lactobacillaceae состоит из грамположительных бактерий с подтвержденными пробиотическими свойствами. В этом исследовании виды Lactobacillaceae используются в качестве модели, чтобы продемонстрировать эффективность высокопроизводительного анализа одиночных клеток в изучении клеточной агрегации. Основное внимание уделяется анализу реакции этих полезных видов на простые углеводы из рациона.
Исследование демонстрирует, как проточная цитометрия (IFC) может преодолеть фундаментальные различия в сборке пробиотических бактерий в присутствии и отсутствии углеводов. IFC сочетает в себе мощность и скорость обычной проточной цитометрии с пространственным разрешением микроскопии, что позволяет проводить высокоскоростные сложные морфометрические измерения фенотипически определенным образом в библиотеке полезных бактериальных штаммов и условий. Этот протокол дает представление об аутоагрегации видов Lactobacillaceae и проливает свет на их реакцию на пищевые углеводы, способствуя пониманию механизмов, лежащих в основе полезных эффектов этих пробиотических бактерий.
Бактериальная аутоагрегация считается основным этапом формирования биопленки. В этом процессе (иногда также называемом аутоагглютинацией или флокуляцией) бактерии одного и того же типа образуют многоклеточные сгустки, которые в конечном итоге оседают на дне культуральных пробирок или прикрепляются к своей целевой тканиили поверхности.
Аутоагрегация является широко наблюдаемым явлением и до сих пор была продемонстрирована у грамотрицательных патогенов, таких как условно-патогенный Acinetobacter baumannii2, стоматологический патоген Aggregobacter actinomycetemcomitans3 и новый патоген Burkholderia pseudomallei4. Аутоагрегация также была описана у нескольких пробиотических грамположительных штаммов 5,6,7,8. У Lactobacillus (L.) acidophilus аутоагрегация была частично опосредована белками S-слоя и коррелировала с адгезией к ксилану7. Аналогичным образом, мы обнаружили корреляцию между глюкозозависимой аутоагрегацией и индукцией адгезивных свойств (оцениваемых по адгезии к муцину) пробиотических видов Lacticaseibacillus rhamnosus GG, Lacticaseibacillus casei, L. acidophilus, Lacticaseibacillus paracasei и Lactiplantibacillus plantarum5. Повышенная автоагрегация, скорее всего, отражала изменения в экспрессии клеточных адгезинов в ответ на глюкозу и ее катаболиты9. Хотя молекулярные механизмы автоагрегации еще предстоит определить, было показано, что этот процесс изменяет фенотип агрегированных бактерий и обеспечивает им повышенную толерантность кстрессорам окружающей среды1, а также повышенную чувствительность к молекулам, чувствительным к кворуму10.
Для измерения автоагрегации используется несколько подходов; Один из экспериментальных подходов заключается в том, чтобы позволить культурам статически находиться в узких пробирках для культур в течение заданного времени. Контрольные культуры остаются мутными, в то время как культуры автоагрегации осядут на дне трубки. Более количественный подход измеряет автоагрегацию с помощью седиментации или отстаивания11.
Проточная цитометрия также все чаще используется в последние годы для исследования аутоагрегации бактерий. Этот метод подходит для анализа частиц размером от приблизительно 0,5 до 1000 мкм. Отдельные бактерии или образовавшиеся агрегаты суспензируются в жидкости, подаются в поток и могут быть обнаружены один за другим11. Запись прямого рассеяния света позволяет измерить относительный размер ячейки или агрегата. Он относительно быстр и прост, но не может определить несколько параметров, таких как размер агрегата или среднее количество ячеек в агрегатах. Таким образом, данный подход может быть дополнен микроскопически, что позволяет проверить большее количествопараметров12. Однако традиционная микроскопия отнимает много времени и тем самым ограничивает количество тестируемых образцов и статистическую мощность анализа. В целом, визуализирующая проточная цитометрия обеспечивает ряд функций по сравнению с традиционной проточной цитометрией, такие как одновременный анализ морфологии и фенотипа клеток, проведение анализа на основе изображений, обнаружение редких событий и валидацияданных проточной цитометрии. Эти преимущества расширяют возможности проточной цитометрии и облегчают более детальное изучение клеточных популяций.
Это исследование представляет собой ценный протокол визуализации проточной цитометрии для мониторинга аутоагрегации в молочнокислых бактериях (LAB). Эти грамположительные палочки являются факультативными анаэробами и относятся к группе LAB. Эти эффективные ферментеры глюкозы генерируют молочную кислоту в качестве основного конечного продукта углеводного обмена. Эти бактерии являются полезными основными членами микробиома и естественным образом обнаруживаются в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) человека и животных, а также в мочеполовом трактесамок15. Поэтому точная характеристика их автоагрегационных свойств представляет высокий биотехнологический и клинический интерес.
Наши предыдущие результаты показали, что базальный уровень аутоагрегации различается между различными пробиотическими штаммами. На эту гетерогенность влияют различные углеводы, используемые в качестве источника углерода5. Чтобы преодолеть это фундаментальное свойство пробиотических бактерий, влияние углеводов из рациона на аутоагрегацию на уровне отдельных клеток контролировали с помощью IFC. Этот подход, основанный на IFC, сочетает в себе мощность и скорость традиционных проточных цитометров с разрешением микроскопа. Таким образом, это позволяет проводить высокоскоростные сложные морфометрические измерения фенотипически определенным образом 16,17. Этот подход может быть распространен на другие пробиотические и патогенные бактерии в сочетании с флуоресцентными репортерами для мониторинга экспрессии генов и флуоресцентно мечеными штаммами для мониторинга присутствия и обилия конкретных видов бактерий в гетерогенных агрегатах.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Файл .ast, с шаблоном для Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG) в качестве примера, представлен в дополнительном файле кодирования 1.
1. Подготовка СМИ
2. Подготовка образцов
Примечание: Этот шаг включает в себя оценку клеточной агрегации в ответ на сбраживаемый или неферментируемый сахар из нашего рациона. Схематическое изображение процесса пробоподготовки изображено на рисунке 1.
3. Сбор данных
4. Анализ данных
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Результаты показывают, что этот метод может легко измерить различия в аутоагрегации в ответ на пищевые сахара у бактерий LAB. Отделяя индивидуумов от агрегатов, метод позволяет рассчитать процент популяции агрегационных событий из всех событий в ответ на сбраживаемые или неферментируемые сахара из рациона. Кроме того, стало возможным измерить, есть ли различия в среднем размере совокупной популяции между обработками.
Репрезентативные изображения на рисунке 3 демон...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Проточная цитометрия является широко используемым методом количественной оценки интенсивности флуоресценции в эукариотических клетках, но она может не обеспечить точных измерений бактериальных клеток из-за их большего размера или небольших агрегатов. Эти факторы могут существенно влиять на точную количественную оценку автоагрегации и базального уровня образования заполнителей в различных условиях. Чтобы решить эту проблему, была использована визуализационная проточная цитометрия (IFC), чтобы получить лучшее разрешение то...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Эта работа была поддержана Израильским научным фондом (грант 119/16) и грантом IMoh (3-15656) для IKG. R.S. при поддержке стипендии Крейтмана.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 14 мл пробирки для культур | Falcon | 352051 | |
| 15 мл центрифужная пробирка | Falcon | 352096 | |
| Bacto Agar | Baeton,Dickinson and Company | 214010 | |
| Bacto Typtic Соевый бульон | Baeton,Dickinson and Company | 211825 | |
| D-(+)-глюкоза | Sigma | G7021-1KG | |
| D-(+)-рафиноза пентагидрат | Sigma | 83400-25G | |
| Difco Lactobacilli MRS бульон | Baeton,Dickinson and Company | 288130 | |
| EASY-LOCK MICROPR. 1,5 мл (Eppendorf) | FL медицинский | 23053 | |
| IDEAS Software | Amnis/EMD Millipore | N/A | Подробная информация доступна по адресу: https://www.merckmillipore.com/INTL/en/20150212_144049?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F&bd=1 |
| ImageStream X Mark II | Amnis/EMD Millipore | N/A | Подробная информация доступна по адресу: https://www.merckmillipore.com/INTL/en/20150121_205948?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F |
| MOPS, 3-(N-морфолино)пропансульфоновая кислота | Биореагенты Fisher | BP308-500 | |
| Фосфат калия двухосновной | Fisher Scientific, 174,18 г/моль | BP363-1 | |
| Фосфат калия одноосновной | Sigma, 136,09 г/моль | P0662-500G |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission