Summary

Replikation von bestellt, Nonredundant Bibliothek von Pseudomonas Aeruginosa Stamm PA14 Transposon Insertion Mutanten

Published: May 04, 2018
doi:

Summary

Pseudomonas Aeruginosa Infektion verursacht erheblichen Morbidität in gefährdeten Gastgeber. Die nonredundant Transposon Einfügung mutierten Bibliothek von p. Aeruginosa Belastungen PA14, als PA14NR festgelegt, vereinfacht die Analyse der Gen-Funktionalität in zahlreichen Prozessen. Hier ist ein Protokoll, qualitativ hochwertige Kopien der PA14NR Set mutierten Bibliothek zu generieren.

Abstract

Pseudomonas Aeruginosa ist ein phänotypisch und genotypisiert vielfältig und anpassbar Gramnegative Bakterium in der menschlichen Umgebung allgegenwärtig. P. Aeruginosa ist in der Lage, Biofilme bilden, Antibiotika-Resistenz zu entwickeln, produzieren Virulenzfaktoren und schnell entwickeln im Verlauf einer chronischen Infektion. So können p. Aeruginosa führen, wodurch erhebliche Morbidität in bestimmten Patientengruppen sowohl akute und chronische, zur Behandlung von Infektionen, schwierig. P. Aeruginosa Sorte PA14 ist eine menschliche klinische Isolat mit einer erhaltenen Genom-Struktur, die eine Vielzahl von Säugetieren und nonvertebrate Gastgeber PA14 eine attraktive Belastung für das Studium dieser Erreger infiziert. Im Jahr 2006 wurde eine nonredundant Transposon Einfügung mutierten Bibliothek mit 5.459 Mutanten entsprechend 4.596 vorhergesagten PA14 Gene generiert. Seitdem hat die Verteilung der PA14 Bibliothek die Forschungsgemeinschaft zum besseren Verständnis der Funktion einzelner Gene und komplexe Pfade von p. Aeruginosaerlaubt. Erhaltung der Integrität der Bibliothek durch den Replikationsprozess erfordert ordnungsgemäße Handhabung und präzise Techniken. Zu diesem Zweck stellt diese Handschrift Protokolle, die im Detail beschreiben die Schritte in Bibliothek Replikation, Bibliothek-Qualitätskontrolle und ordnungsgemäße Lagerung der einzelnen Mutanten beteiligt.

Introduction

Pseudomonas Aeruginosa ist ein phänotypisch und genotypisiert vielfältig und anpassbar gramnegatives Bakterium in Boden, Wasser, sowie die meisten menschlichen Umgebungen und Mikroflora der Haut vorhanden. Im Vergleich zu vielen Bakterienarten, hat p. Aeruginosa eine relativ große Genom von 5,5-7 Mbp mit hohen G + C-Gehalt (65-67 %). Darüber hinaus ein erheblicher Teil seiner Gene metabolische Anpassungsfähigkeit beteiligt sind und sind Teil des regulatorischen Netzwerken ermöglicht große Flexibilität bei der Reaktion auf Umweltstress1. P. Aeruginosa drückt eine Fülle von Virulenzfaktoren, Neigung, Form Biofilme Exponate besitzt die Fähigkeit, Antworten durch mehrere Quorum-sensing-Wege zu koordinieren und zeigt eine bemerkenswerte Fähigkeit, Antibiotika-Resistenz zu entwickeln und Toleranz2,3,4,5,6,7,8. Diese Attribute stellen große Herausforderungen für die Behandlung von Infektionen durch p. Aeruginosa.

Chronische p. Aeruginosa Infektion können bei vielen Krankheitszuständen auftreten. Cystische Fibrose (CF), eine genetische Krankheit, die durch Mutation des Gens Cystic Fibrosis Transmembrane Leitwert Regulator (CFTR) verursacht wiederum eingedickten, infizierte Sekrete in den Atemwegen, progressive Bronchiektasen und letztlich zum Tod respiratorische Insuffizienz9. Erwachsenenalter sind die Mehrzahl der Patienten mit CF chronisch mit p. Aeruginosa, infiziert, eine Schlüsselrolle in der Morbidität und Mortalität dieser Krankheit10zugeordnet spielt. Darüber hinaus sind Patienten mit schweren Verbrennungen Verletzungen11, Tracheotomien12, Gelenkersatz13oder indwelling Katheter14 für p. Aeruginosa Infektion im Zusammenhang mit den Bakterien die Fähigkeit Form gefährdet Biofilme und Flucht zu Host Entzündungsreaktionen15. Kolonisierung weiter, auftritt ohne Konkurrenz, nachdem eine Multi-Antibiotika resistente oder tolerantere Bevölkerung durch Breitspektrum, sequentielle antimikrobielle Behandlung12,16,17 ausgewählt ist , 18. besseres Verständnis der Pathogenese von p. Aeruginosa haben erhebliche Auswirkungen auf zahlreiche Krankheitszustände.

Mehrere p. Aeruginosa klinische Isolaten, einschließlich Belastungen PAO1, PA103, PA14 und PAK, haben ausgiebig untersucht, um verschiedene Funktionen von p. Aeruginosa Pathogenese zu untersuchen. Stamm PA14 ist eine klinische Isolate, die gehört zu den häufigsten klonalen Gruppen weltweit19,20 und nicht ausgiebig im Labor passagiert. PA14is hoch virulenten in vertebrate Modelle der Infektion, mit einer bemerkenswerten Endotoxin Profil21, Pili Struktur22, Pathogenität Inseln23, Typ III-Sekretion System (SSTT), Zytotoxizität gegenüber Säugetieren Zellen24 und Profile in antibiotische Resistenz und Dauerhaftigkeit25. Darüber hinaus PA14 ist auch in zahlreichen Wirt-Pathogen-Modellsystemen hoch virulenten, einschließlich pflanzenblattes Infiltration Modelle26,27,Caenorhabditis Elegans Infektion Modelle28, 29, Insekt Modelle30,31, sowie Maus Lungenentzündung Modelle32,33 und Hautverbrennungen Modelle34.

Genomweite mutierte Bibliotheken sind Sammlungen von isogener Mutanten in nicht benötigten Gene, die sehr leistungsfähige Werkzeuge um die Biologie des Organismus zu verstehen, ermöglicht die Analyse der Genfunktion auf genomischer Ebene darstellen. Zwei in der Nähe von Sättigung Transposon Einfügung mutierten Bibliotheken gebaut in p. Aeruginosa gibt es derzeit für den Vertrieb. Die Einfügung Sehenswürdigkeiten der Transposons sind für beide Bibliotheken ermittelt worden. Diese sogenannten nonredundant Bibliotheken erleichtern genomweite Studien von Bakterienstämmen verringernd, erheblich Zeit und Kosten beteiligt Screening fußgelenkes zufällige Transposon Mutanten. P. Aeruginosa PAO1 Transposon mutierte Bibliothek, gebaut in der MPAO1 von Belastungen PAO1 mit Transposons ISPhoA/ hah zu isolieren und istLacZ/ hah35, wird kuratiert von Manoil Labor, Universität von Washington. Die Bibliothek besteht aus einer Sequenz verifiziert Sammlung von 9.437 Transposon-Mutanten, die große Genom deckt und enthält zwei Mutanten für die meisten Gene36. Informationen über die p. Aeruginosa PAO1 Transposon mutierten Bibliothek steht in der Öffentlichkeit, Internet zugänglichen Manoil Lab-Website unter http://www.gs.washington.edu/labs/manoil/libraryindex.htm zur Verfügung. P. Aeruginosa Stamm PA14 nonredundant Transposon Einfügung mutierten Bibliothek (PA14NR eingestellt) Baujahr Belastung PA14 mit Transposons MAR2xT7 und TnPhoA37 derzeit Department of Pediatrics verteilt wird am Massachusetts General Hospital. Das PA14NR-Set umfasst eine Sammlung von mehr als 5.800 Mutanten mit einzelnen Transposon Einfügungen in nicht benötigten Gene37. Details über den Bau des PA14NR-Sets sind in der Öffentlichkeit, Internet zugänglichen Website http://pa14.mgh.harvard.edu/cgi-bin/pa14/home.cgi?section=NR_LIB beschrieben, die enthält auch eine Vielzahl von Online-Such-Tools zur Erleichterung der Nutzung des PA14NR Satz.

Das ursprüngliche PA14NR Set umfasste 5.459 Mutanten, ausgewählt aus einer umfangreichen Bibliothek von ca. 34.000 zufällige Transposon Einfügung Mutanten, die 4.596 vorhergesagten PA14 Gene entspricht 77 % aller vorhergesagten PA14 Gene37entsprechen. Seit dem Bau der Bibliothek im Jahr 2006 neue Mutanten hinzugefügt wurden, und derzeit das PA14NR Set beinhaltet mehr als 5.800 Mutanten-38 , die etwa 4.600 PA14 Gene darstellen. Die Mehrheit der PA14 Transposon Mutanten wurden in der Wildtyp Hintergrund37generiert. Einzelheiten über jedes Mitglied der mutierten Bibliothek, einschließlich genetischen Hintergrund gibt es entweder durch die Online-Datenbank zu suchen, oder durch das Herunterladen der Nonredundant Bibliothek-Tabellenkalkulation, beide Funktionen auf der Website PA14 (http:// pa14.MGH.Harvard.edu/cgi-bin/pa14/Home.cgi). Die Mehrheit der Mutanten entstanden mit Hilfe der MAR2xT7 (MrT7) Transposon, mit einer kleinen Gruppe mit der TnPhoA (PhoA) Transposon37erstellt. Jede Transposon hat eine Antibiotika-Resistenz-Kassette, die mutierten Auswahl mit Gentamicin (MrT7) oder Kanamycin (PhoA) ermöglicht. Die PA14NR Gruppe von Mutanten in 63 96-Well-Platten gespeichert und enthält zwei zusätzliche 96-Well-Steuerelement, die Platten, die aus Wildtyp PA14 beimpft und nicht inokulierten Brunnen Zwischenspiele in einem vorgegebenen Muster. Die 96-Well-Plattenformat gepaart mit der Online-Recherche-Tools erheblich erleichtert die kundenspezifische Entwicklung von screening-Tests, mit denen Benutzer auf einfache Weise Gene mutierten Phänotypen zugeordnet. Die Online-Such-Tools erleichtern auch die Suche und Auswahl von zusätzlichen relevanten Mutanten für weitere Studien erforderlich.

Die PA14 und PAO1 Transposon mutierten Bibliotheken sind sehr wichtige globale Ressourcen für die wissenschaftliche Gemeinschaft, und sie ergänzen einander in überprüfen die Funktion der unbekannte Gene und Wege von dieser bakteriellen Erreger. Zufälligerweise hat seit dem Bau der PAO1 und PA14 Transposon Mutation Bibliotheken, voll-DNA-Sequenzierung Genomanalyse viele p. Aeruginosa Isolate gezeigt, dass PAO1 und PA14 zu verschiedenen wichtigen Subclades von P. Aeruginosa gehören Phylogenie7,39,40,41. Da klinische p. Aeruginosa Isolate werden gefunden verteilt die Stammesgeschichte, die Tatsache, dass PAO1 und PA14 zu verschiedenen p. Aeruginosa gehören Untergruppen steigert den Wert der beiden Transposon Mutation Bibliotheken für vergleichende Studien.

Publikationen, beschreibt die Konstruktion und screening von bakteriellen mutierten Bibliotheken, einschließlich p. Aeruginosa Bibliotheken35,sind37,42, leicht zugänglich in der Literatur. Sind jedoch nach bestem Wissen und gewissen, keine veröffentlichten Protokolle beschreibt Einzelheiten der Verfahren und Techniken, die für die Replikation, Wartung und Validierung von bakteriellen mutierten Bibliotheken verfügbar.

Die in dieser Publikation beschriebenen Methodik beschreibt eine Reihe von drei Protokollen, die die Nutzung zu erleichtern und Wartung des PA14NR-Sets. Das erste Protokoll beschreibt Replikation der Bibliothek als Empfänger des PA14NR-Sets empfohlen. Das zweite Protokoll enthält Richtlinien für den Streifen, Anbau und Lagerung von einzelnen durch Mutation entstehende Variationen über das PA14NR-Set identifiziert. Das dritte Protokoll beschreibt qualitätskontrolltechniken, einschließlich PCR Verstärkung der Fragmente von Transposon Mutanten und anschließende Sequenzierung, mutierte Identität zu bestätigen. Dieser Satz von Protokollen kann auch für die Replikation und Wartung anderer Bakterien mutierten Bibliotheken oder Sammlungen angepasst werden. Die Replikation von bakteriellen mutierten Bibliotheken oder Sammlungen wird dringend empfohlen, zur Erhaltung der Integrität der “master-Kopie” (Originalversion erhalten). Replikation von mehreren Kopien der PA14NR-Set für die Routinelabor minimiert die Wahrscheinlichkeit der interwell Kontamination von der master-Kopie.

Protocol

Vorsicht: Verwenden Sie standard BSL-2 Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit p. Aeruginosa, ein menschlicher Erreger. Wenn Sie ein immungeschwächten Individuum sind oder irgendwelche medizinischen Zustand, der Ihre Anfälligkeit für bakterielle Infektionen erhöht, besondere Vorsicht bei der Arbeit mit P. Aeruginosa. Das Biosafety-Büro in Ihrer Institution zu konsultieren und Einholen der Genehmigung von Ihrem Arzt vor dem Arbeiten mit der PA14 NR eingestellt oder mutierten Bibliotheken von bakteriel…

Representative Results

Zwölf neue Kopien des PA14NR-Sets wurden wiederholt mit Protokoll ich und eine Qualitätskontrolle Beurteilung der neuen Kopien erzeugt wurde mit Protokoll III durchgeführt. PA14NR Set mutierte Platten zusammen mit Steuerplatten, bestehen aus Wildtyp PA14 beimpft und nicht inokulierten Brunnen in einem vorgegebenen Muster (Abbildung 4A) eingelagert, wurden wiederholt nach Methology beschrieben im …

Discussion

P. aeruginosa PA14NR ist eine wertvolle Ressource für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Nach dem März 2017 Dataset aus Clarivate Analytics Essential Science Indicators Datenbank, Liberati Et al. (2006) 37, beschreibt den Bau des PA14NR-Sets, rangiert in den Top 1 % der Mikrobiologie Publikationen. Google Scholar berichtet über 600 Zitate von Liberati Et al. (2006) original-Manuskript ab August 2017. Die Bibliothek hat eine wichtige Rolle bei der Aufklärung…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir möchten danken Lisa Philpotts der MGH Treadwell virtuelle Bibliothek für ihre Führung in der Datenbanksuche. Diese Arbeit wurde unterstützt von der Cystic Fibrosis Foundation (YONKER16G0 und HURLEY16G0) und NIH NIAID (BPH und ADE: R01 A1095338).

Materials

Materials for Library Replication
Sterile 96-well Tissue-culture treated, case of 50 Corning Life Sciences 353072 via Fisher Scientific
Sterile 96 Well Clear V-Bottom 2000μL Deep Well Plates, case of 25 Corning Life Sciences 3960 via Fisher Scientific
Nunc OmniTray (rectangular plates), case of 60 Thermo Scientific Rochester 242811 via Fisher Scientific
Rectangular Ice Pan, Midi (4L) Corning Life Sciences 432104 via Fisher Scientific
Secure-Gard Cone Mask, case of 300 Cardinal Health AT7509 via Fisher Scientific
AluminaSeal, pack of 100 Diversified Biotech ALUM-100 via Fisher Scientific
Breathe-Easy membrane, pack of 100 Diversified Biotech BEM-1 via Sigma-Aldrich
Sterile, individually wrapped, 50mL Solution Trough/Reagent Reservoir, case of 100 Sorenson S50100 via Westnet Incorporated
Plate roller VWR 60941-118 via VWR
Cryo Laser Labels – CRYOLAZRTAG 2.64" x 0.277", pack of 16 sheets GA International RCL-11T1-WH via Labtag.com (template for printing also available from Labtag.com)
96-well replicator V & P Scientific, Inc. Custom 407C, 3.18mm pin diameter, 57mm long via V & P Scientific, Inc.
Multitron Pro, 3mm Shaking incubator Infors HT l10003P via Infors HT
Picus 12 Channel 50-1200μL Electronic Pipette Sartorius 735491PR via Sartorius
Filter Tips 50-1200μL, pack of 960 Biohit 14-559-512 via Fisher Scientific; use electronic multichannel-compatible tips
Dry Ice User-specific vendor
Materials for Individual Mutant Storage
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL Fisher Scientific 05-408-130 via Fisher Scientific
Pipettes (P1000, P200, P20, P2) Gilson F167370 via Gilson
Materials for Quality Control PCR
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL Fisher Scientific 05-408-130 via Fisher Scientific
NanoDrop Thermo Scientific ND-2000 via ThermoFisher
PCR Thermocycler
Omnistrips PCR Tubes with domed lids Thermo Scientific AB0404 via Fisher Scientific
ART Barrier low-retention pipette tips (10 uL, 100 uL, 1000 uL) Molecular BioProducts, Inc. Z676543 (10 uL), Z676713 (100 uL), Z676802 (1000 uL) via Sigma-Aldrich
Pipettes (P1000, P200, P20, P2) Gilson F167370 via Gilson
Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5mL Fisher Scientific 05-408-130 via Fisher Scientific
MasterPure DNA Purification Kit Epicentre MCD85201 via Epicentre Technologies Corp
GeneRuler 1 kb Plus DNA Ladder, ready-to-use Thermo Scientific SM1333 via ThermoFisher
RediLoad Loading Buffer Invitrogen 750026 via ThermoFisher
Chemicals
Chemicals for Library and Individual Mutant Storage
Glycerol MB Grade, 1L Sigma Aldrich G5516 via Sigma-Aldrich
LB Broth Per 1L dH2O: 10g tryptone, 5g yeast extract, 5g NaCl, 1ml 1N NaOH (Current Protocols in Molecular Biology.  Wiley, 1994.)
Tryptone Sigma Aldrich T7293 via Sigma-Aldrich
Yeast Extract Sigma Aldrich Y1625 via Sigma-Aldrich
Sodium Chloride Sigma Aldrich S7653 via Sigma-Aldrich
Sodium Hydroxide Sigma Aldrich S8045 via Sigma-Aldrich
LB  agar See preparation above, add 15g Bacto Agar
Bacto Agar Sigma Aldrich A5306 via Sigma-Aldrich
Gentamicin sulfate, 10g BioReagent 1405-41-0 via Sigma-Aldrich
Kanamycin sulfate Gibco 11815024 via ThermoFisher
Ethanol, 190 proof Decon 04-355-221 via Fisher Scientific
Chemicals for Quality Control PCR
Primers User-preferred vendor See primers listed in Table 3
Corning cellgro Molecular Biology Grade Water Corning 46000CV via Fisher Scientific
Taq Polymerase Buffer Invitrogen 10342020 via ThermoFisher
Taq DNA Polymerase, recombinant Invitrogen 10342020 via ThermoFisher
dNTPs Invitrogen 10297018 via ThermoFisher
Agarose Sigma A9539 via Sigma-Aldrich

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Drenkard, E., Hibbler, R. M., Gutu, D. A., Eaton, A. D., Silverio, A. L., Ausubel, F. M., Hurley, B. P., Yonker, L. M. Replication of the Ordered, Nonredundant Library of Pseudomonas aeruginosa strain PA14 Transposon Insertion Mutants. J. Vis. Exp. (135), e57298, doi:10.3791/57298 (2018).

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