הבנת תפקידה של תהליכים חיוניים של חיידקים הוא מאתגר. קרינה פלואורסצנטית מיקרוסקופ עם צבעי במטרה יכול לספק תובנות מפתח לתוך התא מיקרוביאלי התקדמות וצמיחה של מחזור התא. כאן, Agrobacterium tumefaciens משמש חיידק דגם כדי לסמן שיטות הדמיה תא חי פלואורסנציה לאפיון תהליכים חיוניים.
תהליכים תאיים ליבה כגון שכפול ה-DNA וסגרגציה, סינתזה של חלבון, ביוסינטזה דופן התא, חלוקת התא להסתמך על תפקידו של חלבונים, המהווה מרכיב חיוני להישרדות החיידק. ניתן להשתמש סדרת צבעי במטרה כפי הגששים טוב יותר להבין תהליכים אלה. צביעת עם צבעי lipophilic מאפשר התבוננות מבנה הממברנה, ויזואליזציה של השומנים microdomains, גילוי של קרום מגדלים פורחים. השימוש של חומצות אמינו פלורסנט-d (FDAAs) כדי לחקור את האתרים של פפטידוגליקן ביוסינטזה ניתן לציין פגמים פוטנציאליים להן קיר התא או המתבנת צמיחת תאים. לבסוף, חומצת גרעין כתמי ניתן לציין ליקויים אפשריים-סגרגציה שכפול או כרומוזום ה-DNA. Cyanine DNA כתמי תווית לחיות תאים ומתאימים ל זמן לשגות מיקרוסקופ שמאפשר מתצפיות נוקלאואיד מורפולוגיה של במהלך גדילת התאים. ניתן להחיל פרוטוקולים עבור תיוג התא חלבון המוטנטים דלדול לזהות פגמים מבנה הממברנה, דופן התא להן או כרומוזום סגרגציה. יתר על כן, זמן לשגות מיקרוסקופ ניתן לעקוב אחר שינויים מורפולוגיים כמו חלבון חיוני יוסר ולא יכולה לספק תובנות פונקציה של חלבונים נוספים. לדוגמה, דלדול של חלבונים חיוניים חלוקת התא תוצאות filamentation או הסתעפות, ואילו דלדול של התא צמיחה חלבונים עלול לגרום לתאים להפוך קצר יותר או עגולות. כאן, פרוטוקולים צמיחת תאים, במטרה תיוג של מיקרוסקופיית זמן לשגות ניתנים עבור המחלה חיידקי צמח Agrobacterium tumefaciens. יחד, במטרה צבעי ומיקרוסקופיה זמן לשגות מאפשרים אפיון תהליכים חיוניים ב א tumefaciens. לבסוף, הפרוטוקולים הניתנים ניתן לשנות בקלות כדי לחקור חיוני בתהליכי חיידקים אחרים.
התקדמות דרך מחזור התא חיידקית מחייבת התיאום של תהליכים רבים כולל ביוסינטזה ממברנה, דופן התא, שכפול ה-DNA, סגרגציה של חלוקת התא. כדי להבין באופן מלא את המורכבות של ביולוגיה של התא חיידקי, זה הכרחי לחקור אירועים אלה חיוניים; עם זאת, זוהי משימה לא טריוויאלי שכן הכדאיות תא בסכנה כאשר רכיבי מפתח של המסלולים הללו הם mutagenized. מיקרוסקופ Epifluorescence יחד עם צבעי במטרה היא גישה רב-עוצמה כדי לחקור תהליכים חיוניים אלה wildtype, זני חיידקים מוטנטים.
צבע ספציפי פפטידוגליקן לכלול אנטיביוטיקה פלורסנט (ואנקומיצין-FL, bocillin-FL) וחומצות אמינו פלורסנט-d (לדוגמה: 7-hydroxycoumarin-3-קרבוקסילית חומצה-3-אמינו-d-אלנין, HADA; d 4-chloro-7-nitrobenzofurazan-3-amino–אלנין , נדא; tetramethylrhodamine-3-אמינו-d-אלנין; ג’אר). חיידקים גראם חיוביים, השימוש של ריכוזים לא קטלני של פלורסנט תחליפי אנטיביוטיקה כדי לחקור אתרים של פפטידוגליקן ביוסינטזה כבר אסטרטגיית יעיל כדי לחשוף פפטידוגליקן ההכנסה דפוסי1,2, 3,4. בעוד תיוג פלורסנט ואנקומיצין שימש כדי לקבל תובנות פפטידוגליקן ההכנסה דפוסים קבועים חיידקים גראם שליליים5, הממברנה החיצונית בדרך כלל מספק מחסום חדירות שמונעת שימוש פלורסנט אנטיביוטיקה כמו בדיקה של הביוסינתזה פפטידוגליקן בתאים חיים. לעומת זאת, בפולסים של חומצות אמינו פלורסנט-d או חומצות אמינו d עם קבוצות פונקציונליות biorthogonal תווית covalently מחוזות ההכנסה פפטידוגליקן האחרונות במגוון רחב של חיים תאים חיידקיים6,7. דפוסי פפטידוגליקן ההכנסה שנצפו עם חומצות אמינו d סינתטי כוללים punctate במחיצה הבין-פרוזדורית (Escherichia coli ו- Bacillus subtilis), קוטב ו במחיצה הבין-פרוזדורית (Agrobacterium tumefaciens , ליסטריה), במחיצה הבין-פרוזדורית היחידה (Staphylococcus aureus), הפסגה (Streptomyces venezuelae)6,7. מקרים אלה מצביעים על חיידקים מפגינים דפוסי מגוונות של דופן התא להן כי השימוש של חומצות אמינו d סינתטיים כמו הגששים לבחינת המתבנת הצמיחה היא אסטרטגיה יקר בחיידקים רבים.
צובעים את תווית כרומוזומים חיידקי כוללים חומצה deoxyribonucleic (DNA) ספציפיים groove קטין הקלסר (4, 6-diamidino-2-phenylindole; דאפי) צובעת cyanine זיקה גבוהה (ירוק וכתום; ראה רשימת חומרים). דאפי צביעת תאים קבוע מסייע ספירה של חיידקים מן הסביבה דגימות8, ואילו דאפי מכתים של תאים חיים משמש לציון הכדאיות חיידקי9. לעומת זאת, cyanine צבענים כמו כתום וירוק מתוארים לעתים קרובות כמו קרום התא “מת” impermeant כתמי לספור תאים כלכלית9. למרבה הפלא, כאשר נוגדנים אלה משמשים כדי לחקור את המורפולוגיה של נוקלאואיד חיידקי במהלך צמיחת תאים, דאפי, כתום וירוק כל הוצגו להיות קרום permeant, ובעל יכולת תיוג תאים חיים10. E. coli תאים חיים, דאפי צביעה של DNA מופיע ‘ מאטום לשקוף ‘ עקב אוטומטי-זריחה של הציטופלסמה, חשיפות חוזרות ונשנות של תאים שהוכתמו דאפי אור אולטרה סגול (UV) perturbs את מבנה נוקלאואיד10. E. coli מכתימים או B. subtilis עם תפוז מגלה כי זה צבע ממברנה permeant ומספק לאורך זמן זריחה על הכריכה ל- DNA בתאים חיים מבלי להשפיע על צמיחת תאים, שכפול ה-DNA או סגרגציה כרומוזום10 . מקרים אלה מצביעים על כך שניתן להשתמש cyanine DNA צבעי לפקח המורפולוגיה של nucleoids במהלך גידול תאים של חיידקים רבים.
Phospholipid-specific stryl צבענים כמו N-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino) phenyl) hexatrienyl) dibromide pyridinium (4-64; ראה רשימה) הם תרכובות cationic ולשייך מעדיפים אניון פוספוליפידים כגון cardiolipin ו- phosphatidylglycerol11. דפוסים ברורים הם נצפו כאשר 4-64 משמש להוספת תווית הקרום של חיידקים שונים. Escherichia coli, 4-64 מועשר בתמציות הפולנים, בלהקות לאורך החומה לרוחב, ולאחר12תאים האתרים חטיבת pre-divisional של המנוח. ב. Bacillus subtilis, 4-64 תיוג מאפשר את החזיית השומנים ספירלות13. Agrobacterium tumefaciens, 4-64 תוויות הממברנה החיצונית, הוא ציין תבנית אופיינית “פרסה” שבו הקוטב צמיחה נטול תיוג14,15. תצפיות אלה מציינים כי חיידקים אלו שהפגינו הפצות השומנים הטרוגנית בשל נוכחותם של השומנים תחומים אשר תורמים אסימטריה הסלולר. שינויים בדפוסי תיוג 4-64, כגון הנוכחות של תיוג ‘ מאטום לשקוף ‘, מגדלים פורחים או שלפוחית, invaginations או הצטמקות קרום יכול להיות אינפורמטיבי באפיון מוטציות להשפיע על ההפצה או ביוסינטזה של ליפידים.
מעבר צביעת תאים, הקובע את הפונקציה של חלבונים המשתתפים בתהליכים חיוניים הכרחי. האפיון של חלבונים חיוניים היא טכנית מאתגר כי זה בלתי אפשרי למחוק גנים חיוניים וללמוד את ההשלכות פנוטיפי. לפיכך, גישות אלטרנטיביות המדלדלים החלבון הופיעו. לדוגמה, ניתן לשים על גנים חיוניים תחת השליטה של יזם inducible ולא יזם מקורי שלה. היזמים inducible הם מגיבים מולקולות קטנות כגון; אבץ vanillate17,23, אראבינוז22, איזופרופיל β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG)17,18,19,20,21,16 xylose23, ובכך שעתוק של הגן היעד מפסיק, החלבון עניין תיגמר כאשר משרן מוסר. גישות חלופיות עבור depleting חלבונים חיוניים עניין כוללים riboswitches סינתטי24 אשר השתמש מולקולה קטנה-RNA אינטראקציות לעכב שעתוק של גנים היעד, CRISPR הפרעות25,26 כדי לחסום שעתוק של גנים היעד, חלבון inducible השפלה27,28 אשר משתמש בתגי פפטיד חלבונים היעד עבור השפלה על ידי פרוטאז ClpXP. דלדול זנים לספק זמן קצר בלבד עבור אפיון לפני התאים מאבד הכדאיות, לכן, הדמיה מיקרוסקופי של תאים לאורך זמן במהלך דלדול חלבון היא גישה רב-עוצמה עבור אפיון. אכן, מיקרוסקופיה של תאים חיידקיים חי איפשר לחוקרים לקבל תובנות לגבי התהליכים הביולוגיים הבסיסיים, כולל את המנגנונים של תחזוקה צורת התא, הפרשת מידור29.
Tumefaciens א הוא פתוגן חיידקי הצמח30 ,31,טבעי המהנדס הגנטי32. לפיכך, מנגנונים הקשורים פתוגניות, לרבות פתוגן-פונדקאי אינטראקציות33,34,35, הפרשת36מארח טרנספורמציה30,31, 37 נחקרו בהרחבה. לתכנן אסטרטגיות במניעת מחלות tumefaciens א מתווכת או לשפר את הצמח טרנספורמציה, תהליכים חיוניים להישרדות tumefaciens א צריך להיות מובן יותר. השימוש של צבעי במטרה ופיתוח אסטרטגיה דלדול חלבון tumefaciens א18 האחרונות מספק אמצעים כדי לחקור תהליכים חיוניים.
. הנה, פרוטוקולים מפורט לבדיקה מיקרוסקופית wildtype מוטציה, חלבון דלדול זנים של tumefaciens א הינם מסופקים. הפרוטוקולים שני הראשונים מתארים כיצד להכין תאים, התווית אותם עם צבע במטרה. הפרוטוקול השלישי מספק הנחיות צעד אחר צעד עבור הכנת agarose רפידות (איור 1) והדמיה של תאים חיידקיים (איור 2, איור 3, איור 4). פרוטוקולים אלה יכול להיות גם מתאים חיידקים אחרים עם עיבודים נוספים לקחת בחשבון תנאים מדיה שונים, שיעורי צמיחה, דרישות החמצן של מבנה התא.
פרוטוקול זה מכיל סדרה של הליכי החקירה של זנים wildtype מוטציה, דלדול tumefaciens א . ראוי לציין כי כל הנהלים המפורטים בסעיף פרוטוקול יכול להיות מותאם בקלות זני חיידקים אחרים עם שינויים נוספים חשבון צמיחה מדיה, טמפרטורות של שיעורי צמיחה.
השימוש של צבעי במטרה הוא כלי רב ערך עבור מת?…
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים מיכאל VanNieuwenhze (אוניברסיטת אינדיאנה) על המתנה של FDAAs בשימוש איור 2 באיור 4. אנו מודים חברי המעבדה חום לקבלת משוב במהלך הכנת כתב היד הזה. המחקר במעבדה חום על צמיחת תאים tumefaciens א וחילוק נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (IOS1557806).
Bacterial Strains | |||
Agrobacterium tumefaciens C58 | ATCC | 33970 | Watson B, Currier TC, Gordon MP, Chilton MD, Nester EW. 1975. Plasmid required for virulence of Agrobacterium tumefaciens. J Bacteriol 123:255-264. |
Agrobacterium tumefaciens C58ΔtetRA::mini-Tn7T-GM-Ptac-ctrA ΔctrA | Figueroa-Cuilan W, Daniel JJ, Howell M, Sulaiman A, Brown PJB. 2016. Mini-Tn7 insertion in an artificial attTn7 site enables depeltion of the essentail master regulator CtrA in the phytopathogen Agrobacterium tumefaciens. Appl Environ Microbiol. 82:5015-5025. | ||
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Media Components | |||
ATGN Minimal Medium | To 1 L of sterilized water add 50 ml 20X Buffer, 50 ml 20X Salts, 12.5 ml 40% glucose. For plates, add 15 g Bacto Agar to 1 L of water and autoclave. Cool to 55 °C and add 50 ml 20X Buffer, 50 ml 20X Salts, 12.5 ml 40% glucose. | ||
20X AT Buffer | Add 214 g/L KH2PO4 to water and adjust pH to 7.0 with sodium hydroxide. Autoclave. | ||
NaOH | Fisher BioReagents | BP359 | |
KH2PO4 | Fisher Chemical | P288 | |
20X AT Salts | Add 40 g/L (NH4)2SO4, 3.2 g/L MgSO4•7H2O, 0.2 g/L CaCl2•2H2O, and 0.024 g/L MnSO4•H2O to water. Autoclave. | ||
(NH4)2SO4 | Fisher Chemical | A701 | |
MgSO4•7H2O | Fisher BioReagents | BP213 | |
CaCl2•2H2O | Fisher BioReagents | BP510 | |
MnSO4•H2O | Fisher Chemical | M114 | |
Glucose | Fisher Chemical | D16 | Prepare 40% stock in water. Filter sterilize. |
Bacto Agar | Fisher BioReagents | BP1423 | Add 15 g to 1 L of water when preparing plates. |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Optional Media Additives | |||
Kanamycin | GoldBio | K-120 | Prepare as a 100 mg/ml stock solution in water and filter sterilize. Use at final concentration of 200 µg/ml. |
IPTG | GoldBio | I2481C5 | Prepare as a 1 M stock solution in water and filter sterilize. Use at final concentration of 1 mM as needed for induction. |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Microscopy Materials | |||
Microscope Slides | Fisherbrand | 12-550D | 25 X 75 X 1.0 mm. Clean with Sparkle glass cleaner. |
Microscope Cover Glass | Fisherbrand | 12-541-B | 22 X 22 mm. No. 1.5. Clean with Sparkle glass cleaner. |
Sparkle Glass Cleaner | Home Depot | 203261385 | Ammonia and alcohol free. |
Ultra Pure Agarose | Invitrogen | 16500-100 | Add to water, PBS, or media to a final concentration of 1 – 1.5%. Melt in microwave and place on 70 C |
PBS | Fisher BioReagents | BP399500 | 10X solution to be diluted to 1X with sterile water. |
Parafilm | Bemis | PM-999 | Laboratory film used as gasket in agarose pad preparation. |
VALAP | Add equal weights of lanolin, parafin wax, and petroleum jelly to a conical tube. Heat tube in 70 °C dry, bead or water bath to melt and mix. Apply VALAP while still molten. | ||
Lanolin Butter | SAAQIN | SQ-LAB-R1 | |
Petroleum Jelly | Target Corp. | 06-17644 | |
Paraffin Wax | Crafty Candles | 263012 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Target-specific dyes | |||
DMSO | Fisher BioReagents | BP231-1 | Use to dilute stock solutions of dyes as needed. |
FDAAs (NADA, HADA,TADA) | FDAAs can be synthesized or acquired through agreement with Mike VanNieuwenhze (Indiana University). Prepare 100 mM stock solution in DMSO. Use at a final concentration of 5 mM. | ||
DAPI | ThermoFisher Scientific | 62247 | Prepare 1 mg/ml stock solution in DMSO. Use at final concentration of 1 µg/ml. |
SYTOX Orange Nucleic Acid Stain | Invitrogen | S11368 | Stock concentration is 5 mM in DMSO. Use at final concentration of 5 µM. |
FM4-64 | Invitrogen | T3166 | Prepare 8 mg/ml stock solution in DMSO. Use at final concentration of 8 µg/ml. |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Dry bath | Sheldon Manufacturing, Inc. | 52120-200 | |
Metallic thermal beads | Lab Armor | 42370-002 | |
Epifluorescence microscope equipped with an EMCDD camera | Nikon Eclipse TiE equipped with a QImaging Rolera em-c2 1K electron-multiplying charge-coupled-device (EMCCD) camera is used in this work. |