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Una técnica de enriquecimiento optimizado para el aislamiento de Published: April 9, 2015 doi: 10.3791/52781

Introduction

La ubicuidad de las especies Arthrobacter en entornos de suelo ofrece un gran número y diversidad de fagos capaces de ser aislado a partir de esta especie de bacteria huésped. Miembros bacterianas de la familia Acintobacteriaceae son más notables por sus vías catabólicas de degradar compuestos recalcitrantes como la atrazina y varios otros pesticidas y herbicidas 1,2,3. Aunque la mayoría de investigaciones se ha hecho uso de cepas ambientales de Arthrobacter, aislados clínicos de este género se encuentran en la sangre, la orina, los ojos y muchas otras fuentes humanas que muestran toda la heterogeneidad filogenético 4.

Si bien no es un lugar amplio cuerpo de investigación sobre bacterias Arthrobacter, sólo unos pocos estudios informan sobre los fagos capaces de infectar a los miembros de este diverso género. Curiosamente, sin embargo, el trabajo realizado previamente en Arthrobacter fagos toques sobre varios temas clave diferenciadas, como la tipificación de suelo <em> especies Arthrobacter 5, usos industriales con el fin de reducir la espuma perjudicial en las plantas de tratamiento de lodos activados 6, y el trabajo destacando recombinación específica de sitio y los genes de la integrasa 7.

Varios protocolos técnica de enriquecimiento se han empleado para generar pura fago aísla en especies de Arthrobacter. Los primeros procedimientos incluyen incubaciones de suelo con agentes tóxicos adicionales como sales de nicotina durante períodos de más de un año 8 dando lugar a los fagos capaces de infectar sólo A. globiformis. Los estudios realizados utilizando suelo percola con productos orgánicos lábiles parecían producir fagos detectables a través de técnicas de ensayo de placa, omitiendo largos períodos de incubación 8. Curiosamente, sin embargo, se utilizó una técnica parecida a la siembra directa en el pasado dando lugar a varios fagos mientras que todavía tiene una baja tasa de éxito particular por los investigadores 5, citando estudios anteriores con bajas tasas de éxito

En general, las técnicas de aislamiento utilizados en el pasado eran destaca por tener poca eficacia en la práctica a pesar de género Arthrobacter que representan el suelo aeróbico más común aislar en la naturaleza 4,9,, Van Twest y Kropinski 10 presentes métodos de enriquecimiento para el aislamiento de fagos a partir de agua y el suelo adaptado de técnicas anteriores utilizadas para enriquecer aislamientos bacterianos ambientales, pero estas técnicas de enriquecimiento resultó ineficaz en el aislamiento de los fagos Arthrobacter. El propósito del método descrito aquí es mostrar "prueba de concepto" que los métodos de enriquecimiento primeros pueden ser adaptados para aislar de manera consistente y eficaz fagos Arthrobacter, la superación de dificultades técnicas anteriores asociadas con el aislamiento de fagos de este género bacteriano.

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Protocol

1. Preparación de las células para el aislamiento de fagos Arthobacter

  • Arthrobacter Cultura sp. KY3901 colonias estrías en una Luria Bertaini (LB) placa de agar se incubaron a 30 ° C durante 2-3 días. Escoja una colonia y utilizar un asa estéril para añadirlo a 250 ml de caldo LB en un matraz de cultivo desconcertado e incubar en una incubadora de agitación a 225 rpm a 30 ° C.
  • Deje aproximadamente 24 h de crecimiento para obtener células en fase exponencial finales / temprana estacionarias para experimentos de infección del fago. Supervisar el estado de crecimiento bacteriano de cerca para evitar que las células entren en el medio y tardío estado de crecimiento estacionario.
    NOTA: El crecimiento celular debe consistir en una densidad óptica OD 600 entre 0,5-aproximadamente 0.7 para los procedimientos de aislamiento y purificación de fagos / pasos descritos a continuación.

2. Recopilación de fagos de muestras de suelo

  1. Reúna 200-400 g de suelo desde la ubicación deseada. Nota: Puesto que las bacterias en la Arthrobagénero CTER son bacterias comunes del suelo y que los fagos que infectan a ellos se pueden encontrar en y son omnipresentes en la mayoría de los tipos de suelo.
  2. Añadir al menos 400 ml de tampón de fago (PB) [NaCl 68 mM, 10 mM MgSO 4, 10 mM Tris-CL (pH 7,5)] para el suelo y mezclar en un matraz lo suficientemente grande como para que al menos 200 ml de PB es en el sobrenadante y es capaz de ser extraído.
  3. Mezcle por agitación o agitación suave hasta que se suspendió el suelo y permitir que el sedimento del suelo se asiente, típicamente 30 min.
  4. Pase el "extracto de tierra" a través de papel de filtro por filtración por gravedad para eliminar los restos de sedimentos del suelo.
  5. Añadir polvo de LB y mezclar para obtener una solución al 2% (4 g LB en polvo en 200 ml de extracto de suelo).
  6. Pasar la solución a través de un filtro de 0,22 micras por filtración a vacío para obtener un filtrado estéril. Si es posible, continúe con el paso 2.7 inmediatamente. Si es necesario, la tienda filtra muestras a 4 ° C durante un máximo de una semana antes de continuar, sin embargo, el número de partículas de fagos viablesse reducirá.
  7. Alícuota de múltiples porciones de 50 ml de la mezcla de extracto de LB / suelo esterilizada por filtración en individuales 250 ml esterilizados agitando los matraces de cultivo utilizando técnicas asépticas con deflectores. Añadir M CaCl solución estéril 2,0 2 a las concentraciones finales deseadas (0-50 mm) desde diferentes fagos Arthrobacter crecen óptimamente en diferentes CaCl 2 condiciones.
    NOTA: Nos encontramos con que la mayoría de los fagos Arthrobacter identificados por nosotros están dentro del rango de 1 mM-2,5 mM CaCl2. Sin embargo, varios de los fagos aislados crecieron por nosotros exclusivamente a 0 mM CaCl 2 .o a muy altas concentraciones de CaCl 2. Proceda inmediatamente al paso 3.1.

Aislamiento 3. Fago

  1. Añadir 1 a 2,5 ml de cultivo de bacterias estacionaria tardía fase exponencial / temprano para cada uno de los matraces. Para una DO 600 0,5-0,7, utilice 1 ml de células. Para un OD 600 mayor que un diámetro exterior de 0,7 utilizar 2,5 ml delas células.
    NOTA: Las células en fase de crecimiento exponencial típicamente producen más fagos y los títulos más altos que las células en fase estacionaria del crecimiento.
  2. Agite matraces a 250 rpm a 30 ° C durante aproximadamente 24 horas en un incubador con agitación.
  3. Después de un período de incubación de 24 hr eliminar matraces de enriquecimiento de la incubadora de agitación y diluir las muestras de enriquecimiento de diez veces en tampón de fago.
  4. Establecer tubos de cultivo con 0,5 ml de cultivo de bacterias estacionaria tardía fase exponencial / temprano y añadir diversas cantidades del cultivo de enriquecimiento (5 l a 500 l de una dilución 10 -1 en PB) a los tubos de cultivo.
    NOTA: Es recomendable probar una amplia gama de concentraciones ya que cada muestra de suelo genera diferentes títulos de fagos después del enriquecimiento.
  5. Añadir CaCl 2 a tubos de cultivo para hacer una concentración final igual a la concentración presente en el matraz de enriquecimiento inicial. Utilice una gama de diferentes concentraciones de CaCl 2 para seleccionar para muchos fagos wi-ésima variable CaCl 2 dependencias.
    NOTA: La mayoría de los fagos serán aislados dentro de la gama de CaCl2 de 1 a 2,5 mM pero hay fagos aislados más óptima en cualquier lugar 0-50 mM CaCl 2 concentraciones. Debido a esto lo mejor es comprobar una serie de CaCl 2 concentraciones de maximizar el número de fagos únicos Arthrobacter aisladas.
  6. Mezclar 4,5 ml de agar superior LB en el tubo de cultivo y verter la mezcla sobre una placa de agar LB. Agitar suavemente para distribuir a través de la placa de manera uniforme y permitir agar superior solidificar durante aproximadamente 15 min.
    NOTA: Top agar se puede preparar en grandes lotes (250 ml) y agar superior adicional se puede almacenar a temperatura ambiente y se reutiliza para experimentos posteriores durante al menos dos semanas. Aunque existen diferentes fórmulas utilizadas para hacer subir Agar, hacemos subir Agar utilizando 7 g / l de agar mezclado con LB. Top agar Colocar en un baño de agua a 60 ° C para conservar el estado líquido durante el curso de un experimento.
  7. Invertir tél placa e incubar a temperatura deseada (temperatura a 30 ° C) O / N a 48 h. Vary estas condiciones para optimizar los fagos presentes. La mayoría fagos aislados provienen de placas se incubaron a 30 ° C en 1-2,5 mM CaCl concentración 2 después de un período de incubación de 24 horas.

4. Los fagos Purificación

  1. Después de una verificación de incubación de 24 h para la formación de placa en placas. Continuar la incubación durante un máximo de 72 horas si no hay placas son evidentes o para determinar si van a aparecer placas adicionales. Si es necesario, las placas, almacenarlas con placas putativos para hasta una semana a 4 ° C antes de continuar.
    NOTA: No es raro encontrar una variedad de diferentes morfologías de placa en un plato. Encontrar placas después de 3 días de incubación es posible pero poco frecuente.
  2. Purificar fagos deseados de placas claramente aislados utilizando el método de la placa racha. Toque una placa con un palo de madera estéril. Racha de la placa mediante la ejecución de un palo de madera a través de una llama, allowing el palo para enfriar brevemente, y luego frotando el palo en la placa de agar en el movimiento suave como se muestra en la Figura 1. Repita este usando un palo limpio para cada pasada.
  3. Como alternativa, utilice el ensayo de valoración placa tradicional para aislar placas de fagos individuales. El ensayo de valoración de placa requiere el uso de más reactivos tales como agar LB y agar superior LB y materiales tales como placas de Petri para el aislamiento de placas de fagos. Hemos tenido un gran éxito con el método de la placa racha pero es técnicamente más fáciles de aislar placas individuales utilizando el ensayo de valoración de la placa.
  4. Una vez que la placa de agar LB se raya al menos tres veces, marcar el área con la concentración más baja de partículas de fago putativo y aplique suavemente 0,5 ml de Arthrobacter y 4,5 ml de agar superior LB fundido (que contiene la misma concentración de cloruro de calcio como la placa matriz ) y deje que se distribuye uniformemente en toda la placa.
  5. Invierta la placa e incubar O / N. Repita la placa rachase aísla técnica para al menos tres iteraciones para garantizar una especie de fagos puros. Placas se almacenan a 4 ° C durante hasta una semana, según sea necesario entre rayas y sin pérdida significativa de la viabilidad del fago.
  6. Una vez que las placas deseados se han cultivado y aislado en la placa racha final, tocar un pozo aislado placa con una punta de la micropipeta y volver a suspender en 100 l PB. En serie diluir esta solución 10 0 a la dilución 10 -8 haciendo pasar 20 l de la muestra en 180 l de PB fresco.
  7. Añadir 10 l de cada dilución a 0,5 ml de Arthrobacter crecido en un tubo de cultivo de 5 a 10 min a TA y la placa mediante la mezcla de las bacterias infectadas con 4,5 ml de agar superior LB fundido que contiene la misma concentración de CaCl 2 usado para aislar el fago de la muestra original del suelo. Guarde todas las diluciones hechas a 4 ° C hasta el día siguiente.
  8. Determinar la dilución en serie fago necesaria para hacer un patrón web utilizando el título de la placa tradicionaldecir. El propósito del ensayo es el título de la placa para determinar el título del fago se necesita para obtener una placa patrón de web. Identificar un patrón placa web como la mayoría desprovisto de bacterias, pero que contengan restos de bacterias que aún no han sido lisadas por los fagos. Añadir 5 ml de la cultura Arthrobacter estacionaria exponencial / principios del XX a un matraz de cultivo de 50 ml estéril.
    1. Añadir 100 l de la dilución (que dio un patrón de web a la cultura Arthrobacter) en el matraz de cultivo y permitir que los fagos para infectar las células de las bacterias de 5 a 10 min a TA. Mezclar con agar superior LB fundido que contiene la misma concentración de CaCl 2 tal como se utiliza para identificar inicialmente el fago y la placa 5 ml de esta mezcla sobre 10 placas de LB fresco. Dejar solidificar e incubar las placas invertidas a 30 ° C.
  9. Al día siguiente, inundar las placas modelo web con 5 ml de PB y tienda de O / N a 4 ° C o 4 horas a temperatura ambiente.
  10. Filtrar el lisado de fago a través de un filtro de jeringa de 0,22 micrasy almacenar a 4 ° C. Utilice esta fago final para experimentos adicionales, tales como imágenes de microscopía electrónica de partículas de fago, fago aislamiento de ADN genómico para el análisis con enzimas de restricción y secuenciación de ADN genómico utilizando procedimientos estándar. Para el almacenamiento a largo plazo de la población de fagos, añadir una cantidad igual del lisado del fago a glicerol estéril en frascos pequeños para la acción de archivado a -80 ° C.
    NOTA: Para los que no experimentado con estas técnicas de fagos, un gran recurso es el sitio web en línea www.phagesdb.org accesible.

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Representative Results

Para demostrar la reproducibilidad de la técnica de enriquecimiento mejorado para fagos Arthrobacter, se utilizaron 30 muestras de suelo diferentes en diferentes momentos y lugares durante la primavera y el verano de 2014. De estos 30 muestras de suelo fagos Arthrobacter únicas se obtuvieron a partir de 22 muestras de suelo recogidas mediante este enriquecimiento procedimiento. El procedimiento de enriquecimiento estándar produjo fagos únicos de 3 de las mismas muestras de suelo. Las muestras de enriquecimiento pueden tener un muy alto título del fago pueda dilución inicial para aislar placas o un título relativamente bajo fago que requiere un mayor volumen de Arthrobacter enriquecido para la detección exitosa de placas. Utilizamos el método racha placa para aislar poblaciones de fagos puros después del enriquecimiento inicial y placas en agar LB (Figura 2). Alternativamente, un ensayo de valoración de placa estándar tradicional puede utilizarse para aislar un aislado de fago puro aunque este método requiere más tiempo, reactivos y materialess. Como se mencionó anteriormente, sí usamos el ensayo de valoración de placa para determinar empíricamente números fagos título y el número de unidades formadoras de placa (UFP) para formar un patrón de malla en un plato. La Figura 3 muestra un conjunto de diluciones seriadas de fago plátano y demuestra por una de las placas lo que es un buen patrón de la tela debe ser similar. La figura 4 muestra imágenes micrográficos de electrones de 20 fagos Arthrobacter aislado utilizando la técnica de enriquecimiento. De los 25 fagos aislados Actualmente, 23 de ellos son siphoviruses con colas más largas. Dos de los fagos aislados son myoviruses que contienen diámetros de cabeza similares en longitud a la de sus colas.

Figura 1
Figura 1. Streak esquemática técnica de placa utilizada para el aislamiento de placas de fago individuales. La estrella amarilla representa la zona en la placa que el LBagar superior más una solución de bacterias deben ser vertió cuidadosamente sobre la placa después de las rayas de la placa del fago se ha completado.

Figura 2
Figura 2. Ejemplos de la técnica de placa de racha utilizado para el aislamiento de placas para un fago (Dylan) a tres temperaturas diferentes. Tenga en cuenta que fago Dylan produce placas similares a RT, 30 ° C y 37 ° C. Los círculos rojos en dos de las placas rodean placas claramente aislados.

Figura 3
Figura 3. ensayo de valoración de la placa. Arthrobacter fago plátano era de serie diluido en PB y chapada en placas de agar tal como se describe en las secciones 4.6 y 4.7 del Texto Protocolo. Se muestran diluciones seriadas T-4 a T-8 (desde la parte superior). Tenga en cuenta que ésimoe T-5 de dilución (de abajo hacia arriba) dio un patrón web con sólo una pequeña cantidad del césped bacteriano que aún permanecen. Diluciones en serie inferiores (T-1 a T-3) crearon placas claras con todas las bacterias lisadas por partículas de fago demostrado por la falta de cualquier crecimiento bacteriano.

Figura 4
Figura 4. Electron microfotográficos de 20 fagos Arthrobacter aislados utilizando la técnica de enriquecimiento. Las imágenes fueron tomadas usando un FEI Morgagni TEM. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

A pesar de muchos intentos anteriores para aislar fagos capaces de infectar ordenadores Arthrobacter, tuvimos poco éxito utilizando procedimientos de enriquecimiento estándar. El método generalizado de enriquecimiento bacteriana desarrollado y adaptado por van Twest y Kropinski 10 para enriquecer fagos a partir de muestras ambientales sigue siendo la base para la mayoría de procedimientos de enriquecimiento. La evidencia de estudios previos sugieren que los métodos de siembra directa han producido placas detectables sobre cepas de Arthrobacter aunque con muy bajas tasas de éxito de aislamiento 5. Con el método de siembra directa, los fagos se extraen de las muestras de suelo en un tampón de fago y se filtró para eliminar las bacterias contaminantes. El extracto filtrado que contiene partículas de fago se añaden a la bacteria huésped deseada para permitir la infección de la célula huésped y plateado sin rondas adicionales de crecimiento de las bacterias y la amplificación del fago.

Nuestra técnica de enriquecimiento es robusto y opoptimi- para el aislamiento relativamente fácil de fagos Arthrobacter de Arthrobacter sp. KY3901. Con procedimientos de enriquecimiento tradicionales, fagos, junto con muchos tipos diferentes de bacterias presentes en las muestras de suelo, son extraídos del suelo en tampón de fago y se añadió a medio de crecimiento fresco con células bacterianas deseados utilizados como huésped para la infección del fago. Con el método de enriquecimiento, todas las bacterias del suelo se eliminan de la tierra extraída muestras de fagos por filtración a través de un filtro de 0,22 mM. El lisado que contiene partículas de fago filtrados estériles, pero no las bacterias del suelo, se diluyen en caldo LB 2x con la bacteria deseados utilizados como anfitrión propagación del fago. La principal diferencia entre nuestro procedimiento de enriquecimiento y otros es que no hay contaminación de bacterias del suelo que compiten por el crecimiento con la bacteria huésped durante el período de tiempo de incubación de enriquecimiento. El único huésped el suelo extrajo fago puede infectar es la de las bacterias hospedadoras deseadas y por lo tanto maximiZES el potencial de crecimiento de la bacteria huésped y amplificación de los fagos específicos del host deseados.

En el desarrollo del procedimiento descrito aquí hemos tratado de explicar el sesgo selectiva inherente a cualquier procedimiento de enriquecimiento probando una gama de concentraciones de CaCl 2 11. Lo que quedó claro es que algunos aislados de fagos muestran diferencias fisiológicas que dependen de parámetros como la concentración de iones de calcio y la temperatura. Para futuras aislamientos de fagos Arthrobacter planeamos probar factores clave tales como como el pH, la temperatura, la salinidad, nutrientes, iones metálicos divalentes para aislar fagos capaces de reproducir en sus hosts de manera óptima en diversas condiciones ambientales.

Utilizamos recién crecido Arthrobacter células en este experimento. No utilizamos células que llegar a media tarde a la fase estacionaria de crecimiento, ya que hemos tenido dificultades para aislar fagos o tener títulos decentes con fagos conocidos en el thes el período de crecimiento. Otros han demostrado una inhibición de la infección por fagos en células de Achromobacter fase estacionaria 12 que puede explicar la falta de éxito de aislar fagos usando células bacterianas en el medio hasta la fase estacionaria tardía de crecimiento. Hemos tenido culturas de éxito usando para estos experimentos con una densidad celular en cualquier lugar de un OD6 00 de 0,5 a 0,9. Cultivos crecidos se almacenan a 4 ° C y se pueden utilizar para el aislamiento del fago hasta siete días. Sin embargo, cuanto más tiempo las células Arthrobacter se almacenan a 4 ° C más bajo es el título y Ráfaga tamaño de partículas de fago infecciosas. Resultados similares se encontraron con el uso de Escherichia coli en la infección de phageT4 13. Por lo tanto el uso de células bacterianas tan pronto como sea posible después de que alcancen el crecimiento deseado maximiza posibilidades de obtener un nuevo fago a partir de una muestra de suelo.

En términos generales, el uso de esta técnica de enriquecimiento con medio LB debe demostrar ser difícilmenteexclusiva para el aislamiento de fagos Arthrobacter. Mientras LB ha sido el estándar de la industria para el cultivo de E. cepas de E. coli y otros miembros de la familia Enterobacteriaceae, apoya el crecimiento de una amplia variedad de bacterias en condiciones aeróbicas 14. La rica composición de nutrientes de medios LB probable que se puede utilizar en este método para propagar los fagos en un grupo muy diverso de bacterias aerobias que impiden desafíos técnicos de obstaculizar el descubrimiento del fago.

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Disclosures

Autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

Acknowledgments

Los fondos para el desarrollo de este protocolo fue proporcionada por el Consorcio Sureste de Pensilvania para la Educación Superior y el Departamento de Ciencias Cabrini Colegio. Financiamiento y apoyo adicional vino de Arcadia University y la Universidad Immaculata. Agradecemos especialmente a la doctora Karen Snetselaar en la Universidad de San José para tomar amablemente las imágenes de microscopía electrónica de nuestros fagos aislados. Apoyo adicional fue proporcionado por los cazadores del Instituto Médico Howard Hughes de la Alianza de Educación Científica de fagos que subieron Genómica y programa (SEA-FAGOS) Evolutiva Ciencia.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
LB Broth powder Fisher BP9722-2 It's best to order these in bulk.
Granulated Agar Fisher BP1423-2 It's best to order these in bulk.
0.22 um syringe filters Fisher 09-719A
0.22 um buchner filters Fisher 430320 More than 50 ml of liquid can be obtained by carefully swapping the receiving tube.
Eppendorf Tubes Fisher 05-408-129
5 ml pipets individual Fisher 13-678-11D
50 ml conical tubes Fisher 76002844
15 ml conical tubes Fisher 76002845
10 ml pipets individual Fisher 13-676-10J
25 ml pipets individual Fisher 13-676-10K
Whatman qualitative filter paper Fisher 1001-824

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References

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Ciencias Ambientales No. 98 el enriquecimiento de fagos, de purificación del fago de aislamiento de la placa el suelo el
Una técnica de enriquecimiento optimizado para el aislamiento de<em&gt; Arthrobacter</em&gt; Bacteriófago Especies de Aísla Muestra de Suelo
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Cross, T., Schoff, C., Chudoff, D., Graves, L., Broomell, H., Terry, K., Farina, J., Correa, A., Shade, D., Dunbar, D. An Optimized Enrichment Technique for the Isolation of Arthrobacter Bacteriophage Species from Soil Sample Isolates. J. Vis. Exp. (98), e52781, doi:10.3791/52781 (2015).

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