Pseudomonas aeruginosa infeksjon forårsaker betydelig sykelighet i sårbare verter. Nonredundant transposon innsetting mutant biblioteket av P. aeruginosa belastning PA14, som PA14NR angir, forenkler analyse av genet funksjonalitet i mange prosesser. Presenteres her er en protokoll for å generere høy kvalitet kopier av PA14NR sette mutant biblioteket.
Pseudomonas aeruginosa er en svært genotypically variert og tilpasningsdyktig Gram-negative bakterie allestedsnærværende i menneskelig miljøer. P. aeruginosa er kjøpedyktig danner biofilm, utvikle antibiotikaresistens, produsere virulens faktorer og raskt utvikle seg i løpet av en kronisk infeksjon. Dermed kan P. aeruginosa føre både akutt og kronisk, vanskelig å behandle infeksjoner, noe som resulterer i betydelig sykelighet i enkelte pasientgrupper. P. aeruginosa belastningen PA14 er en menneskelig kliniske isolere med bevarte genomet struktur som infiserer en rekke pattedyr og nonvertebrate verter gjør PA14 en attraktiv belastning for å studere denne patogen. I 2006 ble et nonredundant transposon innsetting mutant bibliotek med 5,459 mutanter tilsvarer 4,596 spådd PA14 gener generert. Siden da har distribusjon av PA14 biblioteket tillatt i samfunnet å forstå funksjonen av enkelte gener og komplekse stier av P. aeruginosa. Vedlikehold av biblioteket integritet gjennom replikeringsprosessen krever riktig håndtering og presis teknikker. Derfor, presenterer dette manuskriptet protokoller som beskriver i detalj trinnene involvert i biblioteket replikering, bibliotek kvalitetskontroll og riktig lagring av personlige mutanter.
Pseudomonas aeruginosa er en svært genotypically variert og tilpasningsdyktig Gram-negative bakterie stede i jord, vann, og de fleste mennesker miljøer, samt hud mikroflora. Sammenlignet med mange bakteriell arter, har P. aeruginosa en relativt stor genomet av 5.5-7 Mbp med høye G + C innhold (65-67%). Videre en betydelig andel av sine gener består av metabolske tilpasningsevne og er en del av regulatoriske nettverk, gir stor fleksibilitet som svar på miljøstress1. P. aeruginosa uttrykker en mengde virulens faktorer, utstillinger proclivity å skjemaet biofilm, har muligheten til å koordinere reaksjonene gjennom flere quorum sensing veier og viser en bemerkelsesverdig evne til å utvikle antibiotikaresistens og toleranse2,3,4,5,6,7,8. Disse attributtene presenterer betydelige utfordringer for behandling av infeksjoner forårsaket av P. aeruginosa.
Kronisk P. aeruginosa infeksjoner kan oppstå i mange sykdom stater. Cystisk fibrose (CF), en genetisk sykdom forårsaket av mutasjon av Cystisk fibrose Transmembrane konduktans Regulator (CFTR) genet, resulterer i inspissated, infiserte sekret i luftveiene, progressiv bronkiektasier og til slutt, død fra respirasjonssvikt9. Av voksen alder, er fleste pasienter med CF kronisk infisert med P. aeruginosa, som spiller en nøkkelrolle i sykelighet og dødelighet forbundet med denne sykdommen10. I tillegg er pasienter med alvorlig brenne skader11, tracheostomies12, felles erstatninger13eller iboende katetre14 utsatt for P. aeruginosa infeksjon gjelder bakterier evne til skjemaet biofilm og flukt vert inflammatorisk svar15. Videre skjer kolonisering uten konkurranse etter flere antibiotika resistente eller tolerant innbyggere er valgt gjennom bredspektret, sekvensielle antimikrobielle behandling12,16,17 , 18. bedre forståelse patogenesen av P. aeruginosa vil ha viktige implikasjoner for mange sykdom stater.
Flere P. aeruginosa kliniske isolater, inkludert stammer PAO1, PA103, PA14 og PAK, har blitt grundig studert for å undersøke ulike funksjoner av P. aeruginosa patogenesen. Belastning PA14 er en kliniske isolere som tilhører en av de vanligste klonal grupper verdensomspennende19,20 og har ikke vært mye passaged i laboratoriet. PA14is svært virulente i virveldyr modeller av infeksjon, med en kjent endotoxin profil21, pili struktur22, virusets øyene23, type III sekresjon system (TTSS), cytotoksisitet mot pattedyr celler24 og profiler i antibiotikumet motstand og utholdenhet25. Videre PA14 er også svært virulente i mange vert-patogen modellsystemer, inkludert anlegg blad infiltrasjon modeller26,27,Caenorhabditis elegans infeksjon modeller28, 29, insekt modeller30,31, samt mus lungebetennelse modeller32,33 og solbrenthet modeller34.
Genomet hele mutant biblioteker er samlinger av isogenic mutanter i unødvendige gener som utgjør svært kraftig verktøy for å forstå en organisme biologi ved analyse av gen funksjon i genomisk skala. To nær metning transposon innsetting mutant biblioteker i s. aeruginosa er tilgjengelige for distribusjon. Innsetting nettstedene til transposons er funnet for begge bibliotekene. Disse såkalte nonredundant bibliotekene lette genomet-omfattende studier av bakteriell stammer betydelig reduserer tiden og kostnadene involvert i screening uncharacterized tilfeldig transposon mutanter. P. aeruginosa PAO1 transposon mutant biblioteket bygget i MPAO1 isolere belastning PAO1 bruker transposons erphoA/ hah og erlacZ/ hah er35, kuratert av Manoil lab, University of Washington. Biblioteket består av en sekvens-verifiserte samling av 9,437 transposon mutanter som gir bred genomet dekning og inkluderer to mutanter for de fleste gener36. Informasjon om P. aeruginosa PAO1 transposon mutant biblioteket er tilgjengelig på offentlige, Internett-tilgjengelige Manoil lab nettsted på http://www.gs.washington.edu/labs/manoil/libraryindex.htm. P. aeruginosa belastning PA14 nonredundant transposon innsetting mutant bibliotek (PA14NR sett) i belastning PA14 bruker transposons MAR2xT7 og TnphoA37 er distribuert av Department of Pediatrics ved Massachusetts General Hospital. PA14NR Set består av en samling av mer enn 5800 mutanter med enkelt transposon innsettinger i unødvendige gener37. Detaljer om bygging av PA14NR Set er beskrevet i det offentlige, Internett-tilgjengelige området http://pa14.mgh.harvard.edu/cgi-bin/pa14/home.cgi?section=NR_LIB, som også inneholder en rekke online søkeverktøy for å forenkle bruken av PA14NR Sett.
Den opprinnelige PA14NR Set består 5,459 mutanter, valgt fra et omfattende bibliotek av ca 34000 tilfeldig transposon innsetting mutanter, som tilsvarer 4,596 spådd PA14 gener som representerer 77% av alle anslåtte PA14 gener37. Siden byggingen av biblioteket i 2006 new mutantene ble lagt, og tiden PA14NR Set inkluderer flere 5800 mutanter38 som representerer ca 4600 PA14 gener. Fleste PA14 transposon mutanter ble generert i vill type bakgrunn37. Detaljer om hvert medlem av mutant biblioteket, inkludert genetisk bakgrunn, er tilgjengelige via søke nettdatabasen, eller ved å laste ned Nonredundant biblioteket regnearket, begge funksjonene som er tilgjengelige på PA14 nettsted (http:// pa14.mgh.Harvard.edu/cgi-bin/pa14/Home.CGI). Fleste av mutanter ble opprettet ved hjelp av MAR2xT7 (MrT7) transposon, med en liten sette laget med TnPhoA (phoA) transposon37. Hver transposon har en antibiotikaresistens kassett, som tillater mutant utvalg gentamicin (MrT7) eller kanamycin (phoA). PA14NR settet av mutanter lagres i sekstitre 96-brønns plater og inneholder to ekstra 96-brønns kontroll platene som består av vill-type PA14 inokulert og uninoculated brønner under Sommer i et forhåndsinnstilt mønster. 96-brønns plate formatet sammen med online søkeverktøyene sterkt forenkler egendefinerte utviklingen av screening analyser det tillate brukernes å lett identifisere tilblivelse tilknyttet mutant fenotyper. Online søkeverktøyene også forenkle søk og valg av flere relevante mutanter kreves for videre studier.
PA14 og PAO1 transposon mutant bibliotekene er svært viktige globale ressurser for det vitenskapelige samfunnet, og de utfyller hverandre i validere funksjonen av ukjent gener og stier av denne bakteriell patogen. Coincidentally, siden byggingen av PAO1 og PA14 transposon mutasjon bibliotekene, har full-genome DNA sekvensering analyse av mange P. aeruginosa isolerer vist at PAO1 og PA14 tilhører forskjellige store subclades av P. aeruginosa phylogeny7,39,40,41. Fordi klinisk P. aeruginosa isolerer finnes distribuert gjennom fylogeni, det faktum at PAO1 og PA14 tilhører forskjellige P. aeruginosa undergrupper øker verdien av to transposon mutasjon bibliotekene for komparative studier.
Publikasjoner som beskriver bygging og screening av bakteriell mutant biblioteker, inkludert P. aeruginosa biblioteker35,er37,42, lett tilgjengelig i litteraturen. Til best av vår kunnskap er ingen publiserte protokoller som beskriver detaljert prosedyrer og teknikker for replikering, vedlikehold og validering av bakteriell mutant biblioteker imidlertid tilgjengelige.
Metodene som er beskrevet i denne publikasjonen beskriver et sett med tre protokoller som forenkler bruk og vedlikehold av PA14NR Set. Første protokollen beskriver replikering av biblioteket som anbefalt til mottakere av PA14NR Set. Andre protokollen inneholder retningslinjer for striper, vokser og lagring av personlige mutanter identifisert ved hjelp av PA14NR Set. Tredje protokollen beskriver kvalitetskontroll teknikker, inkludert PCR forsterkning av fragmenter fra transposon mutanter og påfølgende sekvensering å bekrefte mutant identitet. Dette settet med protokoller kan også tilpasses for replikering og vedlikehold av andre bakterielle mutant biblioteker eller samlinger. Replikering av bakteriell mutant biblioteker eller samlinger er svært anbefales å opprettholde dataintegriteten “master kopi” (originalversjonen mottatt). Replikering av flere kopier av PA14NR Set for rutine laboratoriebruk reduserer sannsynligheten for interwell forurensning av hovedkopien.
P. aeruginosa PA14NR er en verdifull ressurs for det vitenskapelige samfunnet. Ifølge mars 2017 datasettet fra Clarivate Analytics Essential Science Indicators database, Liberati et al. (2006) 37, som beskriver byggingen av PA14NR Set, er rangert på topp 1% av mikrobiologi publikasjoner. Google Scholar rapporter over 600 siteringer av Liberati et al. (2006) opprinnelige manuskriptet i August 2017. Biblioteket har spilt en viktig rolle i Klargjørende mekanisme…
The authors have nothing to disclose.
Vi vil gjerne takke Lisa Philpotts av MGH Treadwell virtuelle bibliotek for sin veiledning søk i databasen. Dette arbeidet ble støttet av cystisk fibrose Foundation (YONKER16G0 og HURLEY16G0) og NIH NIAID (BPH og ADE: R01 A1095338).
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 |