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Artigo de método

Usando biologia sintética para manipular células vivas que fazem interface com materiais programáveis

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DOI:

10.3791/55300

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9 de março de 2017

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* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

Este artigo apresenta uma série de protocolos para o desenvolvimento de células manipuladas e superfícies funcionalizadas que permitem sinteticamente engenharia E. coli para controlar e manipular superfícies de materiais programáveis.

Resumo

Nós desenvolvemos uma interface abiótico-bióticos que permite que as células manipuladas para controlar as propriedades do material de uma superfície funcionalizada. Este sistema é feito através da criação de dois módulos: um sinteticamente estirpe de células de E. coli e uma interface de material funcionalizado. Dentro deste artigo, detalhamos um protocolo para a engenharia genética de comportamentos selecionados dentro de uma estirpe de E. coli utilizando estratégias de clonagem molecular. Uma vez desenvolvidas, esta estirpe produz níveis elevados de biotina quando exposta a um indutor químico. Adicionalmente, protocolos para a criação de detalhe duas superfícies funcionalizadas diferentes, cada um dos quais é capaz de responder a biotina sintetizado por células. Tomados em conjunto, apresentamos uma metodologia para a criação de um sistema ligado, abiótico-biótico que permite que as células para controlar a composição do material e montagem em substratos inanimados engenharia.

Introdução

Aqui, relatamos os procedimentos para o desenvolvimento de um substrato programável capaz de responder a um sinal químico a partir de uma linha celular de engenharia. 1 Fazemos isso através da criação de uma interface de biotina-estreptavidina que responde a biotina produzida pelas células Escherichia coli sinteticamente engenharia (E. coli). Anteriormente, superfícies programáveis foram projetados para uma ampla gama de aplicações de detecção de toxina 2 e point-of-care diagnóstico 3 a defesa e segurança. 4 Enquanto superfícies programáveis podem ser úte....

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Protocolo

1. Mídia e Preparação Cultura

  1. Prepare meios caldo lisogenia (LB) por mistura de 25 g de pó de estoque LB com 1 L de água desionizada (Dl) e autoclavagem da solução a 121 ° C durante 20 minutos para esterilizar.
    1. Para preparar placas de LB, adicione 15 g de ágar (1,5%) para a mídia LB antes da esterilização
    2. Preparar soluções stock de carbenicilina 1.000x (Cb) em água Dl (50 mg / mL).
    3. Se preparando meios LB, que inclui um antibiótico para selecção de transformantes resistentes, espere até que a temperatura do meio LB esterilizado é inferior a 60 ° C e, em seguida, adicione 1 mL de estoque antibiótico para todos os....

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Resultados

Os resultados representativos são apresentados nas figuras em anexo cinco. Em primeiro lugar, é apresentado o processo de clonagem graficamente (Figura 1), de modo que o leitor pode acompanhar visualmente os passos críticos para criar a estirpe de E. coli sinteticamente. A fim de caracterizar a dinâmica das populações de células, que proporcionam uma curva de crescimento (Figura 2) gerado pela medição da densidade óptica a 600 nm (DO600)

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Discussão

Nós apresentamos uma nova estratégia para a interface células manipuladas viver com uma superfície do material funcionalizado. Isto foi conseguido através do desenvolvimento de uma linha de células capazes de sintetizar níveis elevados de biotina quando induzido com IPTG. Os níveis elevados de biotina pode então ser utilizado para modificar a superfície funcionalizada. Os protocolos detalhados como engenheiro da linha de células E. coli e como criar duas superfícies funcionalizadas diferentes.

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Divulgações

Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio do prémio FA9550-13-1-0108 da Força Aérea Instituto de Investigação Científica dos EUA. Os autores adicionalmente reconhecer o apoio da adjudicação N00014-15-1-2502 do Office of Naval Research dos EUA, o financiamento do Instituto de Tecnologia da Critical e Ciência Aplicada na Virginia Polytechnic Institute e State University, e da Science Foundation Graduate Research Nacional Programa de bolsas, concessão número 1.607.310.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Caldo LB, Miller Fisher Scientific12-795-027
AgarFisher ScientificBP9744500
Carbenicilina Fisher ScientificBP26481
M9, Sais Minimimais, 5xSigma-AldrichM6030
Casamino Acids Fisher ScientificBP1424-100
Sulfato de Magnésio, AnidroFisher ScientificM65-500
Cloreto de Cálcio, DihidratadoFisher ScientificC79-500
Dextrose (D-Glicose), AnidroFisher ScientificD16-1
NEB Turbo Linha CelularNew England BiolabsC2984l
Oligonucleotídeo PrimersThermo Fisher ScientificN/A25N síntese, purificação DSL
Q5 Polimerase de alta fidelidadeNew England BiolabsM0491S
Q5 tampão de reaçãoNew England BiolabsB9027S
dNTP Solution MixNew England BiolabsN0447S
AgaroseBioexpressE-3120-125
Ethidium Brometo, 1%Fisher ScientificBP1302-10
Epoch Biolabs2260250
GenCatch Plasmid DNA Miniprep KitEpoch Biolabs2160250
AatIINew England BiolabsR0117S
SacIINew England BiolabsR0157S
HindIII-HFNew England BiolabsR3104S
EcoRI-HFNew England BiolabsR3101S
Cutsmart BufferNew England BiolabsB7204S
T4 DNA LigaseNew England BiolabsM0202S
T4 DNA Ligase Reaction BufferNew England BiolabsB0202S
ColiRolle Glass Plating Beads EMD Millipore7101-3
GlicerolFisher ScientificBP229-1
Isopropil β-D-1-tiogalactopiranosídeo (IPTG)Fisher ScientificBP1755-10
NHS-Desthiobiotin (DTB)Thermo Fisher Scientific16129
Succinimidil Trans-4-(maleimidilmetil) Ciclohexano-1-Carboxilato (SMCC) Thermo Fisher ScientificS1534
Dimetil Sulfóxido (DMSO) Fisher ScientificBP231-100
Succinimidil 3-(2-piridilditio) Propionato (SPDP) Thermo Fisher ScientificS1531
NHS-LC-LC-biotinaThermo Fisher Scientific21343
Peroxidase de Rábano (HRP) Thermo Fisher Scientific31490
Solução Salina Tamponada com Fosfato (PBS), Solução 10xFisher ScientificBP399500
Streptavidin (SA) Thermo Fisher Scientific21145
Albumina de Soro Bovino (BSA)Fisher ScientificBP1600-100
Ditiotreitol (DTT)Fisher ScientificBP172-5
Ácido etilenodiaminoacético (EDTA) Fisher ScientificS311-500
Tween 80 Fisher ScientificT164-500
Peróxido de HidrogênioFisherScientific H325-4
3, 3', 5, 5'-tetrametilbenzidina (TMB)ConcentradoresFisher Scientific AC229280050
Vivaspin 500 Viva ProductsVS0192
Acetato de Sódio, Placas deFisher ScientificBP333-500
Anidro 96-WellThermo Fisher Scientific266120
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Referências

  1. Zhang, R., Heyde, K. C., Scott, F. Y., Paek, S. -H., Ruder, W. C. Programming Surface Chemistry with Engineered Cells. ACS Synth. Biol. , (2016).
  2. Zhou, X., et al. Reduced graphene oxide films used as matrix of MALDI-TOF-MS for detection of octachlorodibenzo-p-dioxin.<....

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Reimpressões e permissões

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