Synchronization of bacterial cells is essential for studies of the bacterial cell cycle and development. Caulobacter crescentus is synchronizable through density centrifugation allowing a rapid and powerful tool for studies of the bacterial cell cycle. Here we provide a detailed protocol for the synchronization of Caulobacter cells.
The cell cycle is important for growth, genome replication, and development in all cells. In bacteria, studies of the cell cycle have focused largely on unsynchronized cells making it difficult to order the temporal events required for cell cycle progression, genome replication, and division. Caulobacter crescentus provides an excellent model system for the bacterial cell cycle whereby cells can be rapidly synchronized in a G0 state by density centrifugation. Cell cycle synchronization experiments have been used to establish the molecular events governing chromosome replication and segregation, to map a genetic regulatory network controlling cell cycle progression, and to identify the establishment of polar signaling complexes required for asymmetric cell division. Here we provide a detailed protocol for the rapid synchronization of Caulobacter NA1000 cells. Synchronization can be performed in a large-scale format for gene expression profiling and western blot assays, as well as a small-scale format for microscopy or FACS assays. The rapid synchronizability and high cell yields of Caulobacter make this organism a powerful model system for studies of the bacterial cell cycle.
De bacteriële celcyclus regelt zowel de replicatie van het genoom en de verdeling van dochtercellen. Belangrijker nog, zoals resistentie tegen antibiotica is een groeiende bedreiging voor de volksgezondheid, de bacteriële cel cyclus presenteert een onaangeboorde doelwit voor antibiotica ontwikkeling.
In de bacterie Caulobacter crescentus, elke celcyclus leidt tot een asymmetrische verdeling, waarbij twee dochtercellen van verschillende lot (figuur 1A) 1,2. Een dochter cel erft een flagellum en is beweeglijk, terwijl de andere dochter erft een steel en is sessile. Een geïntegreerde genetische circuit controleert voortgang van de celcyclus en lot van de cel door gentranscriptieregulatie, fosfo-signalering, en gereguleerde proteolyse 3. Bovendien chromosoom replicatie en gelijktijdige scheiding opbrengst dochtercellen die precies één kopie van het chromosoom 4 bevatten. Belangrijk is, kunnen deze twee celtypen snel worden gescheiden door colloidal silica deeltjesdichtheid centrifugatie in de synchroniseerbaar NA1000 stam 07/05 waardoor de isolatie van de swarmer cellen van de rest van de populatie met hoge opbrengsten (Figuur 1B). Geïsoleerd swarmer cellen dan verder synchroon door asymmetrische celdeling. Hier hebben we detail het gebruikte protocol voor het synchroniseren van Caulobacter stam NA1000. Wij bieden protocollen en gemeenschappelijke tips voor probleemoplossing voor zowel groot- als kleinschalige synchronisaties. Deze experimentele procedure biedt een krachtig instrument om de spatiotemporele controle van de Caulobacter celcyclus en lot van de cel te ondervragen.
The bacterial cell cycle is a fundamental process in life and is important for the study of growth and as a target for next generation antibiotics. Here, we detailed the rapid synchronization procedures for C. crescentus NA1000, a model organism for the study of the bacterial cell cycle and asymmetric cell division. This method is amendable to western blot, gene expression profiling, and fluorescence microscopy assays to investigate the spatiotemporal regulation of the bacterial cell cycle.
<p class='jove_…The authors have nothing to disclose.
The authors thank members of the Shapiro lab and Erin Schrader for comments on the manuscript. The authors acknowledge financial support from: NIH postdoctoral fellowship F32 GM100732 to JMS and NIH grants R01 GM51426 and R01 GM32506 to LS.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
PVP Coated Colloidal Silica (Percoll) | Sigma-Aldrich | P4937 | |
Colloidal Silica (Ludox AS-40) | Sigma-Aldrich | 420840 | |
JA10 Rotor | Beckman-Coulter | 369687 | |
JA20 Rotor | Beckman-Coulter | 334831 | |
Ferrous Sulfate Chelate Solution | Sigma-Aldrich | F0518 | |
30 mL Centrifuge Tubes | Corning | 8445 | |
Na2HPO4 | EMD | SX0720-1 | |
KH2PO4 | VWR | BDH9268-500G | |
NH4Cl | Amresco | 0621-500g |