RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
IDBac, bakteriyel kolonilerden kazınmış hücre malzemesinde toplanan, hem bozulmamış protein hem de özel metabolit spektrumlu verileri birleştiren açık kaynaklı Kütle Spektrometrisi bazlı Biyoinformatik boru hattıdır. Boru hattı araştırmacılar hızlı bir şekilde on binlerce bakteriyel koloniler Putatif taksonom gruplara düzenlemek için izin verir ve daha fazla özel metaboliti üretimi dayalı ayırt.
Bakteri Phylogeny ve besin agar üzerinde büyüyen bakteriyel kolonilerin özel metaboliti üretimi arasındaki ilişkiyi görselleştirmek için, biz IDBac geliştirilen-düşük maliyetli ve yüksek verim Matris Destekli Lazer Desorpsiyon/İyonizasyon Uçuş süresi kitle spektrometresi (MALDı-TOF MS) Biyoinformatik boru hattı. Idbac yazılımı olmayan uzmanlar için tasarlanmıştır, serbestçe kullanılabilir ve bakteriyel kolonilerin birkaç binlerce analiz yeteneğine sahiptir. Burada, MALDı-TOF MS analizi, MS enstrüman operasyonu ve ıdbac 'de veri işleme ve görselleştirme için bakteriyel kolonilerin hazırlanması için prosedürler sunuyoruz. Özellikle, biz nasıl dendrograms içine protein MS parmak izleri dayalı ve interaktif metabolit Derneği Networks (MANs) özel metabolit verilerden oluşturmak bakteri küme kullanıcılara talimat.
Bakteriyel fonksiyon Etüdü araştırmacılar için büyük bir engel hızlı ve eşzamanlı bir mikroorganizma ve özel metabolitleri üretmek için kapasitesini taksononomik kimliğini değerlendirmek yeteneğidir. Bu, ortamdan izole edilen bakterilerin çoğunda bakteriyel Phylogeny ve özel metabolit üretimi arasındaki ilişkiyi anlamada önemli gelişmeler önledi. Protein parmak izlerini grup olarak tanımlamak ve bakterileri belirlemek için kullanılan MS tabanlı yöntemler1,2,3,4, bu çalışmalar genellikle küçük izolatlar gruplarında gerçekleştirilmesine karşın, bir türe özgü şekilde. Önemlisi, özel metabolit üretimi hakkında bilgi, çevresel mikrobiyal fonksiyonun büyük bir sürücü, bu çalışmalarda dahil edilmemiş kaldı. Silva ve ark.5 son zamanlarda özel metabolitleri ve yazılım eksikliği mevcut Biyoinformatik darboğazları rahatlatmak için analiz etmek MALDI-TOF MS altkullanımı ayrıntılarıyla kapsamlı bir tarih sağladı. Bu eksiklikleri gidermek amacıyla, MALDı-TOF MS6' nın hem doğrusal hem de reflectron modlarını birleştiren bir Biyoinformatik boru hattı olan ıdbac 'i oluşturduk. Bu kullanıcıların hızla görselleştirmek ve bakteri izolatlar hem protein ve özel metaboliti MS parmak izleri, sırasıyla dayalı ayırt sağlar.
Idbac uygun maliyetli, yüksek verimlilik ve Kullanıcı yatıyordu için tasarlanmıştır. Serbestçe kullanılabilir (chasemc.github.io/IDBac), ve sadece bir MALDı-TOF Kütle spektrometresi erişim gerektirir (reflectron modu özel metabolit analizi için gerekli olacaktır). Numune hazırlama basit "genişletilmiş doğrudan transfer" yöntemine dayanır7,8 ve veri tek bir Maldi-hedef noktada ardışık doğrusal ve reflectron alımları ile toplanır. Idbac ile, örnek hazırlama, veri edinme ve veri görselleştirme dahil olmak üzere dört saat içinde kolonilerin yüzlerce sözde Phylogeny ve özel metaboliti üretimini analiz etmek mümkündür. Bu, bakteri tanımlama (gen sıralaması gibi) ve metabolik çıktıyı analiz etme (sıvı kromatografi-kütle spektrometresi [LCMS] ve benzer kromatografik yöntemler) ile ilgili geleneksel yöntemlerle önemli bir zaman ve maliyet avantajı sunar.
Doğrusal mod analizinde elde edilen verileri kullanarak, ıdbac protein spektrumunun relatedness temsil etmek için hiyerarşik kümeleme kullanır. Spektrum çoğunlukla iyonize ribozomal proteinleri temsil ettiğinden, bir örnekteki fitogenetik çeşitliliğin bir gösterimini sağlar. Buna ek olarak, idbac metaboliti Derneği Networks (MANs) olarak özel metabolit parmak izleri görüntülemek için reflectron modu verileri içerir. MANs, bakteriyel izolatlar arasında ortak ve benzersiz metabolit üretiminin kolay görselleştirilmesini sağlayan iki taraflı ağlardan biridir. IDBac platformu, araştırmacılar hem protein hem de özel metabolit veri tandem aynı zamanda tek bir veri türü elde edilir, aynı şekilde analiz etmek için izin verir. Önemlisi, ıdbac Bruker ve Xiamen enstrümanların yanı sıra txt, sekme, CSV, mzXML ve mzML ham verileri işler. Bu, el ile dönüştürme ve veri kümeleri biçimlendirme gereksinimini ortadan kaldırır ve önemli ölçüde Kullanıcı hatası veya MS veri yanlış işleme riskini azaltır.
1. MALDı matrisinin hazırlanması
2. MALDı hedef plakalarının hazırlanması
Not: daha fazla ayrıntı için Sauer ve al.7' ye bakın.

Şekil 1: formülik asit ve MALDı matrisini (ilk 3 nokta- Bacillus Sp.; alt 3 Spotlar- Streptomyces Sp.) eklemeden önce ıkı farklı yalıtılmış gösteren Maldi-Target plakası . Her ikisi için de sütun 3 aşırı örnek temsil eder; sütun 2 örnek uygun miktarını temsil eder; sütun 1 maldı çözümlemesi için yetersiz örneği temsil eder. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
3. veri edinme
Not: veri edinme için genel parametreler Tablo 1' de listelenir.
| Parametre | Protein | Uzmanlaşmış metaboliti |
| Kütle başlangıcı (da) | 1920 | 60 |
| Kütle sonu (da) | 21000 | 2700 |
| Kütle sapması (da) | 1900 | 50 |
| Çekim | 500 | 1000 |
| Frekans (Hz) | 2000 | 2000 |
| Lazer boyutu | Büyük | Orta |
| MaxStdDev (ppm) | 300 | 30 |
Tablo 1.

Şekil 2: Lazer güç ve dedektör kazanç değiştirme etkisini gösteren örnek protein spektrumları. Spectra kalite panel Aen iyisidir, ve paneller C ve Dyetersiz spektrum kalitesine kadar azalır. Panel B 'de spektrumunda kullanışlı doruklara neden olabilir, panel A en iyi verileri görüntüler. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 3: Örnek özel metabolit Spectra lazer güç ve dedektör kazanç değiştirme etkisini gösteren. Spectra kalite panelin en iyisidir A ve paneller C ve Dyetersiz spektrum kalitesi kadar azalır. Panel B 'de spektrumunda kullanışlı doruklara neden olabilir, panel A en iyi verileri görüntüler. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
4. MALDı hedef plakasını Temizleme (Sauer ve al.7' den uyarlanmış)
5. ıdbac yazılımını yükleme
6. RAW verilerle başlayarak
Not: her veri işleme adımının ayrıntılı açıklamaları ve talimatları ıdbac içinde gömülür, ancak ana analizler ve interaktif girişler aşağıda açıklanmıştır.

Şekil 4: IDBac veri dönüştürme ve ön işlem adım. Idbac açık mzML formatında ham Spectra dönüştürür ve her deneme için bir veritabanında mzML, tepe listeleri ve örnek bilgileri depolar. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
7. önceki deneylerle çalışın

Şekil 5: "önceki deneylerle çalışma" sayfası. Çözümlemek veya değiştirmek için bir deneme seçmek için ıdbac 's "önceki denemeleri ile çalışma" sayfasını kullanın. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 6: örnek bilgileri girin. "Önceki deneylerle çalışma" sayfasında kullanıcılar, taksononomik kimlik, toplama konumu, yalıtım koşulları vb. gibi örnekler hakkında bilgi girebilmek Için lütfen buraya tıklayarak bu figürün daha büyük bir versiyonunu görüntüleyebilirsiniz .

Şekil 7: verileri aktarın. "Önceki denemeleri ile çalışma" sayfası, varolan denemeler ve yeni deneyler arasında veri aktarımı seçeneği içerir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
8. protein veri analizi kurma ve ayna çizimleri oluşturma

Şekil 8: doruklarına analiz için nasıl korunur seçin. Analiz etmek için bir deneme seçtikten sonra, "protein veri analizi" sayfasını ziyaret edin ve daha sonra "doruklarda analiz için nasıl tutulur seçin" menüsünü açarak kullanıcıların zirveleri korumak için sinyal-gürültü oranı gibi ayarları seçmesine izin verir. Görüntülenen yansıtma grafiği (veya dendrogram) otomatik olarak seçilen ayarları yansıtacak şekilde güncellenir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
9. protein verilerini kullanarak kümeleme örnekleri

Şekil 9: görüntülenen dendrogram içinde dahil etmek için seçilen deneyden örnekleri seçin. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
10. protein dendrogram özelleştirme

Şekil 10: Dendrogram ayarlayın. IDBac dendrogram nasıl göründüğünü değiştirmek için birkaç seçenek sağlar, bu menü içinde bulunabilir "Dendrogram ayarlayın". Bu, k-araçlarla dalları ve etiketleri renklendirme veya bir kullanıcı tarafından sağlanan yükseklikte dendrogram "kesme" içerir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 11: örnekler hakkında bilgi ekleyin. "Dendrogram ayarla" menüsü içinde "örnekleri hakkında bilgi birleştirmek" seçeneğidir. Bu seçme, dendrogram yanında örnekleri hakkında komplo bilgileri izin verecektir. Örnek bilgiler "önceki denemeleri ile çalışma" sayfasında girdi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
11. ayrı bir deney dendrogram içine örnekleri ekleyin

Şekil 12: başka bir deney menüsünden örnekler ekleyin. Bazen başka bir denemenin örneklerini karşılaştırmak yararlıdır. Şu anda görüntülenen dendrogram içinde dahil etmek için örnekleri seçmek için "başka bir deneyden örnekler Ekle" menüsünü kullanın. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
12. özel metabolit veri ve metabolit dernek ağları (MANs) analiz

Şekil 13: küçük molekül veri analizi "sayfası. Eğer bir dendrogram protein spektrumunda oluşturulmuşsa, "küçük molekül veri analizi" sayfası içinde görünecektir. Bu sayfa ayrıca küçük molekül verileri için metabolit Ilişkilendirir ağları (MANs) ve Ilke bileşenleri analizi (PCA) görüntüler. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
13. veri paylaşma
Biz Micromonospora chokoriensis altı suşları ve Bacillus subtilis, daha önce6, veri DOI: 10.5281/zenodo. 2574096 kullanılabilir kullanarak karakterize iki suzlar analiz etti. Ham veri sekmesi Ile başlayarak talimatların ardından, Bruker dosyalarını dönüştürmek için burayı tıklatın seçeneğini seçtiniz ve her veri kümesi için ıdbac tarafından sağlanan yönergeleri izledi (Şekil 14).
Otomatik dönüşüm ve ön işlem/Peak-peaking adımları tamamlandıktan sonra, iki denemeden gelen örnekleri hem Bacillus hem de içeren tek bir denemede aktararak yeni bir kombine idbac deneyi oluşturmaya devam ettik Micromonosopora örnekleri (Şekil 15). Sonuç analizi, spektrum kalitesini değerlendirmek ve tepe çekme ayarlarını ayarlamak için yararlı olan Şekil 16' da resimde gösterildiği gibi, ayna grafiklerini kullanarak protein Spektrumları karşılaştırarak yer alıyor. Şekil 17 seçilen varsayılan ayarlarla protein kümeleme sonuçlarının bir ekran görüntüsünü görüntüler. Dendrogram arsa üzerinde eşik ayarlayarak renklidir (noktalı bir çizgi olarak görünür). Not, her iki M. chokoriensis ve B. subtilis ayrı olarak kümeleme yalıtır ile, Genera arasındaki net ayrım.
Şekil 18, Şekil 19ve Şekil 20 , protein dendrogram arasında tıklayarak ve sürükleyerek Kullanıcı tarafından seçilen bölgelerin MANs oluşturmak için yeteneğini vurgulayın. Bu biz hızlı bir şekilde sadece B. subtilis suşları karşılaştırmak için MANs oluşturmak başardık (Şekil 18), sadece M. chokoriensis suşları (Şekil 19), ve aynı anda tüm suşları (Şekil 20). Bu ağlar birincil işlevi, bakteriler arasında özel metabolit çakışmasını derecesi geniş bir genel bakış ile araştırmacılar sağlamaktır. Bu veriler el ile, araştırmacılar şimdi bir bakteriyel koloniden kazınmış malzeme sadece küçük bir miktar bilinçli kararlar almak için kapasitesine sahip.

Şekil 14: Spectra işleme. İndirilen Bruker autoFlex Spectra ıdbac kullanılarak dönüştürülmüş ve işlenir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 15: kombine ıdbac deneyi. Micromonospora ve Bacillus Spectra farklı Maldi hedef plakaları üzerinde toplanan çünkü, iki deney daha sonra tek bir deney Içine birleştirilir-"Bacillus_Micromonsopora". Bu "önceki deneylerle çalışma" sekmesinde, "önceki deneylerden örnekleri yeni/diğer deneylere aktar" menüsündeki yönergeleri izleyerek yapıldı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 16: karşılaştırma. Micromonspora ve Bacillus Spectra, "protein veri analizi" sayfasındaki ayna grafiklerini kullanarak karşılaştırıldı. Sonuçta, varsayılan tepe ayarları seçildi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 17: hiyerarşik kümeleme. Hiyerarşik kümeleme, varsayılan ayarları kullanarak, doğru gruplandırılmış Bacillus ve Micromonospora yalıtır. Dendrogram (bir kesikli çizgi olarak görüntülenir) bir keyfi yükseklikte dendrogram "kesme" ile renkli ve 100 dallanma güven göstermek için kullanılan Boot,. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 18: Man protein dendrogram gelen Bacillus Sp. suşları seçerek oluşturulan özel metabolitlerin diferansiyel üretimi gösterdi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 19: Man protein dendrogram altı Micromonospora Sp. suşları seçerek oluşturulan özel metabolitlerin diferansiyel üretimi gösterdi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 20: Bacillus Sp. ve micromonospora Sp. suşların özel metabolitlerin diferansiyel üretimini gösteren Man . Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.
IDBac, bakteriyel kolonilerden kazınmış hücre malzemesinde toplanan, hem bozulmamış protein hem de özel metabolit spektrumlu verileri birleştiren açık kaynaklı Kütle Spektrometrisi bazlı Biyoinformatik boru hattıdır. Boru hattı araştırmacılar hızlı bir şekilde on binlerce bakteriyel koloniler Putatif taksonom gruplara düzenlemek için izin verir ve daha fazla özel metaboliti üretimi dayalı ayırt.
Bu çalışma ulusal genel Tıp Bilimleri Enstitüsü Grant R01 GM125943, National Geographic Grant CP-044R-17 tarafından destekleniyordu; İzlanda araştırma fonu Grant 152336-051; ve University of Illinois Chicago başlangıç fonları. Ayrıca, aşağıdaki katılımcılar teşekkür: Dr Amanda bulman MALDı-TOF MS protein edinme parametreleri ile yardım için; Dr. Terry Moore ve Dr. Atul Jain rerystallizing Alfa-Cyano-4-hidroxycinnamic asit matris (CHCA) için.
| Asetonitril | Fisher | 60-002-65 | LC-MS Ultra CHROMASOLV |
| Autoflex Hız LEF MALDI-TOF cihazı | Bruker Daltonics Bruker Daltonics | ||
| Bakteriyel test standardı | Fisher | NC0884024 | Bruker Daltonics 8604530 |
| Bruker Peptit Kalibrasyon standardı | Fisher | NC9846988 | Bruker Daltonics 8206195 |
| Formic Asit | Fisher Chemical | A117-50 | %99,5+, Optima LC/MS Sınıfı |
| MALDI-TOF hedef Plakası | Bruker Daltonics | ||
| Metanol | Fisher Chemical | A456-500 | Optima LC/MS Sınıfı |
| Kürdan | herhangi biri tamam | ||
| Trifloroasetik asit | Fisher | AC293810010 | %99,5, biyokimya için, ACROS Organics |
| Su | VWR | 7732-18-5 | LC-MS |
| &alfa;-Siyano-4-hidroksisinnamik asit | Sigma | 28166-41-8 | (C2020-25G) ≥ % 98 (TLC), toz |