마우스의 구강 투여에 따라 생균제 효모의 변환 및 위장 면역 조직에서 그들의 복구

Summary

개발 변환 관리 및 생균제 효모 사카 boulardii에의 외래 단백질 발현을 테스트 할 수있는 기술의 통일 된 설명은 여기에 제시 하였다.

Abstract

Development of recombinant oral therapy would allow for more direct targeting of the mucosal immune system and improve the ability to combat gastrointestinal disorders. Adapting probiotic yeast in particular for this approach carries several advantages. These strains have not only the potential to synthesize a wide variety of complex heterologous proteins but are also capable of surviving and protecting those proteins during transit through the intestine. Critically, however, this approach requires expertise in many diverse laboratory techniques not typically used in tandem. Furthermore, although individual protocols for yeast transformation are well characterized for commonly used laboratory strains, emphasis is placed here on alternative approaches and the importance of optimizing transformation for less well characterized probiotic strains. Detailing these methods will help facilitate discussion as to the best approaches for testing probiotic yeast as oral drug delivery vehicles and indeed serve to advance the development of this novel strategy for gastrointestinal therapy.

Introduction

프로 바이오 틱 미생물을 효​​율적이고 경제적으로 위장관에 이종 단백질을 전달하는 흥미로운 잠재적 인 수단이다. 이 생물은 아직 ¹ 식민지화하지 않는 위장관 통과 생존 제어 투약이 가능하고 약물 표현에 노출을 제한 할 수있다. 또한, 쉽게 대규모 이종 단백질을 생산하는 이들 미생물을 설계하는 능력은 그들을 합성 전달 입자 경제적 인 대안을 렌더링한다. 최근 ² boulardii에 생균제 효모 사카의 영양 요 구성 균주를 사용하여 입증하지만, 이러한 접근법의 개발은, 효모 및 분자 생물학에서 동물 처리 기술 및 면역 학적 방법에 이르기까지 전통적으로 특정 연구에서 결합되지 실험 기법에 대한 지식을 필요로한다. 본원에 기재된 각각의 방법은 그 자체로 신규 아니다 따라서 비록실험 프로토콜이 원고의 목적은 쥐 위장관에 약물 전달 비히클로서 생균제 효모 실험 테스트에 필요한 기술을 통합 도입을 제공하는 것이다. 제공에 필수적인 프로토콜의 편집이다 : 쉽게 유 전적으로 조작 할 수있는 효모의 영양 요 구성 돌연변이 균주의 1) 생성; 효모 배양 2) 변환은 이종 단백질을 발현하는 단계; 구강 투여를 통해 장에 재조합 효모의 3) 관리; 자신의 이종 단백질 발현의 쥐 소장 및 평가에서 가능한 재조합 바이오 틱 효모의 4) 복구.

다수의 양성 및 음성 선택 방법 효모 종의 조작에 존재하지만 첫째, 이러한 영양 요 구성 마커를 사용함으로써 부정적 선택 효율 효모 형질 전환 및 선택 될 수있는 용이성을 모두 증가시킨다. 공동 항생제를 사용하여 형질 전환 체의 긍정적 인 선택,ntrast 크게 효모 조작의 비용을 증가시킨다. 또한, 항생제 함유 고체 배지에 효모의 선택은 밖으로 합성 드롭 고체 배지 (게시되지 않은 관찰)에 영양 요 효모의 선택에 대해 변형되지 않은 배경 식민지의 증가 성장을 할 수 있습니다. 영양 요 구성 효모가 필수 아미노산 또는 우라실의 합성에 중요한 효소가 결여 균주이다. 효모가 필수 대사 물질이 부족 미디어 밖으로 합성 드롭에 도금 할 때 따라서 음의 선택이 가능 누락 된 대사 또는 대사 유전자로 보충하면 효모는 증가 할 수 있습니다. 많은 일반적으로 사용되는 사카로 마이 세스 세레 비지에 실험실 균주는 이미 사실 영양 요 구성 돌연변이 ^3입니다. 공업, 임상, 바이오 틱 및 효모 그러나, 일반적으로 필요한 모든 영양소를 합성하는 능력 prototrophic이다. 효모를보다 효율적으로 유전자 조작을 사용하려면, 영양 요 구성 유전자를 선택적으로 타겟팅 할 수 있습니다항생제없이 선택 될 수있는 균주를 생성한다. ^{6 –} 영양 요 구성 마커 유전자의 구체적인 타겟팅 CRISPR / Cas9 ⁴ 타겟으로 최근에 상동 재조합에 의존 PCR 매개 유전자 파괴를 통해 달성 될 수있다. 또한, UV 돌연변이 유발 빠르게도 ⁷ 기술적으로 어려운 여러 플라스미드와 함께하는 형질 전환 효모 균주의 영양 요 구성 돌연변이 체를 생성 할 수 있습니다. PCR 타겟팅 및 CRISPR / Cas9 광범위 다른 설명되었지만,이 원고 한 음성 선별보다는 효모 형질 전환 체의 양성 항생제 선택할 수 영양 요 구성 균주를 제작하는 UV 돌연변이 유발 접근법을 설명하는 상세한 프로토콜 부분에 제시 하였다.

이종 단백질의 경구 전달을 위해 같은 영양 요 구성 균주의 사용에 필요한 다음 단계는 플라스미드 DNA로 형질 전환 효모이다. 찬성의 첫 번째 성공적인 변환 이후1978 사카로 마이 세스 세레 비지에 ^(8)에 대해보고 된 spheroplasts t는 수많은 변형 효율을 증가 효모 종은 유 전적으로 변형 될 수있는 것을 특징으로 완화되었다. S.로 DNA의 성공적인 전환을위한 전기 사용 cerevisiae를 먼저 1985 ^9에서 설명하고, 이후지지 삼투 셀 ^(10)에 1 M 소르비톨 배양 첨가를 통해 개선되었다. 전기 효율은 또한 효모 종 및 균주, 세포 수와 성장 단계, 전기 체적, 전계 강도, 및 특정 버퍼 ^(11)에 의존하는 것으로 나타났다. 이 특별한 장비를 필요로하지 않기 때문에 원래 이토 외. ^(12)에 의해 기재된 리튬 아세테이트 (LiOAc) 변환은, 가장 일반적으로 사용되는 프로토콜 사이에서 변환된다. 추가의 분석은 세포를 중간 로그 상에 수집되는 경우 LiOAc 효모 변환 효율을 크게 증가시키는 것으로 나타났다열 성장은 42 ° C에서 ¹² 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)과 DNA의 존재 하에서 충격된다. PEG와 전체 그대로 효모의 배양이 가능 세포막에 DNA의 첨부 파일을 개선을 통해뿐만 아니라 막 ^(13)에 다른 효과를 통해, 효율적인 변환을 위해 필수적이다. 리튬 자체도 손상 전지 ^(14)의 투과성을 증가시킨다. 대부분의 실험실 S. 있지만 세레 비지에 균주 쉽게 LiOAc 변형 ^3을 이용하여 변환 될 수 있고, 다른 효모 종은 더욱 효율적으로 다른 프로토콜을 사용하여 변환 될 수있다. 피 키아 파스 토리스, 예를 들면, 가장 효율적으로 변환 오히려 LiOAc 변환 ^(13)보다 전기를 통한 것이다. 이것은 중요하다, 따라서, 복수의 테스트 유 전적으로지지 않은 효모 균주를 수정을 시도 할 때와 변화의 방법은 배양 기간과 시약의 농도를 최적화 할 수 있습니다. 이 원고 따라서 LiOAc 그럴 모두 설명영양 요구 돌연변이와 야생 유형 S.의 변환을위한 기술로 ansformation 및 전기 boulardii에. 관심있는 독자는 효모 변형, 다른 프로토콜 및 행동 ^{13, 15의} 가능한 메커니즘의 추가 논의의 진화의 철저한 설명은 최근 리뷰에 관한 것이다. 플라스미드가 쉽게 검출 가능한 단백질을 코딩하는 효모로 형질 전환은 적절한 발현 이종 단백질의 기능을 보장하기 위해 다운 스트림 테스트 또한 필수적이다. 무수한 다른 단백질 치료 연구의 궁극적 인 목적 및 면역, ELISA, 및 다른 기술에 의해 단백질이 검출 가능한 항체에 따라 선택 될 수있다. 이러한 기술에 대한 프로토콜은 완전히 다른 ^16,17 설명되었지만, 표준 곡선과 비교하여 형질 전환 효모에서 이종 단백질 생산의 수준을 결정하기 위해 사용될 수있다. 목적 데모 및 표시 할효모 생물학 매우 일반적으로 사용되는 단백질의 성공적인 제조 방법이 원고는 형광 현미경을 사용하여 연속적인 검출이 가능 플라스미드 인코딩 녹색 형광 단백질 (GFP)로 형질 전환을 제공한다.

부품 셋, 넷에 설명 된대로 이종 단백질, 적절한 관리 및 위장관 조직 내에서 이러한 미생물의 검출 인 표현 바이오 틱 미생물의 생산에 똑같이 중요. 구강 투여를 통해 재조합 효모의 관리를 직접 C57BL / 6 마우스 자연스럽게 ¹⁸ 구토 능력이있는에서 위,에 효모의 제어 수량의 전달을 위해 수 있습니다. 그러나, 부적절한 동물 처리 및 위관은 식도 손상 및 천공, 위 천공, 기관 관리, 흡인 성 폐렴 ^{(19, 20)로} 이어질 수 있습니다. 빈약 한 기술과 경험 부족은 또한 쥐의 면역 반응 및 실험 resu의 변동성을 증가시킬 수있다구강 투여에 ^21,22 동물 응력에 기인 한 LTS. 적절한 기술의 연습 따라서뿐만 아니라 동물의 불편을 감쇠 할 수 있습니다뿐만 아니라, 실험 결과의 정밀도를 높일 수 있습니다. 이 원고는 설명하고 재조합 효모의 제어 용량의 관리를 위해 동물 처리 및 구강 투여를 보여줍니다.

마지막으로, 효모 및 이종 단백질의 존재를 림프 조직을 분석하여 재조합 효모의 성공적인 전달을 확인하는 것이 중요하다. 가장 용이하고 예측 효모의 존재를 검사 할 수 위장관 면역 조직 파이어 패치이다. 파이어 패치는 점막 면역 반응의 유도 ^(23)의 키 사이트입니다 소장을 따라 차 림프 기관입니다. 내강에서 항원 microfold 통해 transcellularly 상피 (M) 세포를 전달하고 묶 노출 시킴 따라서 파이어 패치로 출시제시 세포 D 항원 내강 내용 장내한다. 장 상피를 가로 지르는 입자 흡수도 술잔 세포에 의해 달성 될 수 있지만, 이러한 셀은 차지 입자 직경이 ²⁴ 미만 0.02 ㎛ 인 것으로 나타났다. Transepithelial 수상 돌기는 CD103 ⁺ 수지상 세포 (DC)도 ²⁵ 루멘 장에서 작은 입자를 차지 연장; 그러나, CD103 ⁺ DC가 세균보다 큰 입자를 가지고 있음을 보여주는보고는 현재 존재하지 않는다. 따라서, 그대로 생균제 효모 직경 3-6 μm의 평균 크기 사이의, M 세포에 의해 용해 및 파이어 패치로 전송 될 가능성이 가장 높은. 여기에 설명 된 절차가 쉽게 바이오 틱 균의 흡수를 평가하기 위해 적응 될 수 있지만, 수집 및 생존 재조합 효모 파이어 패치 선별 프로토콜이다.

요약하면, 배달 재조합 효모 생균제 평가소장에 rapeutic 단백질은 동물의 취급 및 면역학에 분자 생물학에 걸친 실험 기술의 능력을 필요로한다. 1 여기를 제시 프로토콜) 쉽게 부정적인 항생제없이 선택할 수있는 세대 및 영양 요 효모 균주의 선별, 2) 다른 프로토콜은 효모를 변환 및 이종 단백질의 발현을 활성화, 3) 적절한 동물 처리 기술과 경구 위관의 시위 재조합 효모의 위장 납품 및 파이어 판 절제술 4) 프로토콜과 가능한 재조합 효모 및 기능 이종 단백질을 스크리닝. 결합하여, 이러한 프로토콜은 생성 및 위장관에 이종 단백질 치료제를 제공 할 수있는 생균제 효모의 테스트를 허용한다.

Protocol

1. UV 돌연변이 유발은 영양 요 효모 균주를 생성하는 UV 조사의 필요한 투여 량을 결정하기 위해 생존 곡선을 생성 표준 절차 (26)에 따라 YPD (효모 추출물 펩톤 덱 스트로스) 미디어 및 표 1에 다른 시약을 준비하고 YPD 매체의 5 ~ 10 ml의에 단일 콜로니를 접종. 최소 8 시간 동안 포화 30 ° CO / N에서 롤러 드럼에 문화를 품어. 플라스틱 큐벳 물에 세포를 1:10 희…

Representative Results

UV 조사 다음 생존 곡선의 생성은 별개 집락 형성 단위 (CFU)를 형성 할 수 있도록 희석하여 효모 세포의 도금을 필요로한다. 상기와 같이 수집 된 각 500 μL 샘플을 약 5 × 106 세포를 포함 그러나, 접시 당 100보다 큰 식민지를 정확하게 구별하기가 어렵다. 희석되지 않은 샘플과 조사 셀 직렬 1시 10분 희석 따라서도 1에서 설명한 바와 같이 CFU는 각각 UV 조?…

Discussion

함께, 프로토콜은 여기에 장에 이종 치료 단백질의 전달을위한 개발과 영양 요 바이오 틱 효모 균주의 시험에 필요한 필수 단계를 설명합니다. 이 조작 및 재조합 바이오 틱 효모의 테스트는 개별 실험실은 익숙하지 않을 수있는 기술과 자원을 필요로한다. 많은 선행 연구가 여러 효모와 마우스 균주에 대해 위의 프로토콜을 설명하고 있지만 따라서, 이러한 방법은 저자의 지식이 상세한, 통합 형…

Materials

SmartSpec 3000 Spectrophotometer	BioRad	170-2501	Example of spectrophotometer for determining cell concentration and OD600 of yeast cultures
New Brunswick Roller Drum	Eppendorf	M1053-4004	Example of roller drum for yeast culture incubation
UV Stratalinker 2400	Stratagene	400075-03	Example stratalinker
Stuart Colony Counter SC6PLUS	11983044	Fisher Scientific	Plate stand with magnification records colony count upon sensing pressure from pen
Scienceware Colony Counter	F378620002	Bel-Art Scienceware	Hand held colony counter pen
Replica plating device	Fisherbrand	09-718-1	Example of replica plating stand and pads
Velveteen squares	Fisherbrand	09-718-2
L shaped sterile cell spreaders	Fisherbrand	14665230
Deoxyribonucleic acid, single stranded from salmon testes	Sigma-Aldrich	D7656-1ML	Example carrier DNA for yeast LiOAc transformation
Gavage needles	Braintree Scientific	N-PK 002	For mice 15-20 g, the suggested needle is a 22 gauge (1.25 mm ball), 1 in long, straight reusable gavage needle. For mice weighing greater than 20 g, 20 gauge or larger straight or curved gavage needles may be used
1mL sterile slip-tip disposable tuberculin syringe	Becton Dickinson	BD 309659
Blunt forceps such as Electron Microscopy Sciences 7" (178 mm) serrated tip, broad grip forceps	Electron Microscopy Sciences	77937-28	Example of blunt forceps needed for dissection
Straight and curved dissection scissors	Electron Microscopy Sciences	72966-02 and 72966-03	Examples of scissors needed for dissection
IMDM	Life technologies	12440053