Mikrobiyal Mikrodamlacık Kültür Sistemi (MMC) kullanılarak Otomatik Mikrobiyal Yetiştirme ve Uyarlanabilir Evrim

Xingjin Jian; Xiaojie Guo; Jia Wang; Zheng Lin Tan; Xin-hui Xing; Liyan Wang; Chong Zhang

doi:10.3791/62800

Method Article

Mikrobiyal Mikrodamlacık Kültür Sistemi (MMC) kullanılarak Otomatik Mikrobiyal Yetiştirme ve Uyarlanabilir Evrim

DOI:

10.3791/62800

⸱

February 18th, 2022

Xingjin Jian*¹^,² , Xiaojie Guo*¹^,²^,³ , Jia Wang⁴ , Zheng Lin Tan¹^,²^,⁶ , Xin-hui Xing¹^,²^,⁵ , Liyan Wang³ , Chong Zhang¹^,²^,⁵

¹Department of Chemical Engineering, Institute of Biochemical Engineering, Tsinghua University, ²Key Laboratory of Industrial Biocatalysis, Ministry of Education, Tsinghua University, ³Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd., ⁴Biochemical Engineering Research Group, School of Chemical Engineering and Technology, Xi’an Jiaotong University, ⁵Center for Synthetic & Systems Biology, Tsinghua University, ⁶School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, otomatik mikrobiyal yetiştirme ve uyarlanabilir evrim yürütmek için Mikrobiyal Mikrodamlacık Kültürü sisteminin (MMC) nasıl kullanılacağını açıklamaktadır. MMC, mikroorganizmaları otomatik ve sürekli olarak yetiştirebilir ve alt yetiştirebilir ve nispeten yüksek verim ve iyi paralelleştirme ile büyümelerini çevrimiçi olarak izleyebilir, işçiliği ve reaktif tüketimini azaltabilir.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Geleneksel mikrobiyal yetiştirme yöntemleri genellikle hantal operasyonlara, düşük verime, düşük verimliliğe ve büyük miktarda işgücü ve reaktif tüketimine sahiptir. Ayrıca, son yıllarda geliştirilen mikroplaka bazlı yüksek verimli yetiştirme yöntemleri, düşük çözünmüş oksijen, zayıf karışım ve şiddetli buharlaşma ve termal etkileri nedeniyle zayıf mikrobiyal büyüme durumuna ve deney paralelliğine sahiptir. Mikro damlacıkların küçük hacim, yüksek verim ve güçlü kontrol edilebilirlik gibi birçok avantajı nedeniyle, damlacık bazlı mikroakışkan teknolojisi, yüksek verimli mikrobiyal ekim, tarama ve evrim araştırmalarında kullanılan bu sorunların üstesinden gelebilir. Bununla birlikte, önceki çalışmaların çoğu laboratuvar yapımı ve uygulaması aşamasında kalmaktadır. Yüksek operasyonel gereksinimler, yüksek inşaat zorluğu ve otomatik entegrasyon teknolojisinin eksikliği gibi bazı önemli konular, mikrobiyal araştırmalarda damlacık mikroakışkan teknolojisinin geniş çapta uygulanmasını kısıtlamaktadır. Burada, damlacık mikroakışkan teknolojisine dayanan otomatik bir Mikrobiyal Mikrodamlacık Kültür sistemi (MMC) başarıyla geliştirildi ve mikrobiyal damlacık yetiştiriciliği sürecinin gerektirdiği aşılama, ekim, çevrimiçi izleme, alt ekim, sıralama ve örnekleme gibi fonksiyonların entegrasyonu sağlandı. Bu protokolde, vahşi tip Escherichia coli (E. coli) MG1655 ve metanol esansiyel bir E. coli suşu (MeSV2.2), MMC'nin otomatik ve nispeten yüksek verimli mikrobiyal ekim ve uyarlanabilir evrimi ayrıntılı olarak yürütmek için nasıl kullanılacağını tanıtmak için örnek olarak alınmıştır. Bu yöntemin kullanımı kolaydır, daha az emek ve reaktif tüketir ve geleneksel yetiştirme yöntemlerine kıyasla büyük avantajlara sahip olan yüksek deneysel verime ve iyi veri paralelliğine sahiptir. Bilimsel araştırmacıların ilgili mikrobiyal araştırmaları yürütmeleri için düşük maliyetli, operasyon dostu ve sonuç açısından güvenilir bir deneysel platform sağlar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikrobiyal tarım, mikroorganizmaların izolasyonu, tanımlanması, yeniden yapılandırılması, taranması ve evriminde yaygın olarak kullanılan mikrobiyolojik bilimsel araştırmalar ve endüstriyel uygulamalar için önemli bir temeldir ^1,2,3. Geleneksel mikrobiyal yetiştirme yöntemleri esas olarak test tüplerini, sallama şişelerini ve katı plakaları yetiştirme kapları olarak kullanır, ayrıca sallama inkübatörleri, spektrofotometreler, mikro plaka okuyucuları ve mikrobiyal yetiştirme, tespit ve tarama için diğer ekipmanlarla birleştirilir. Bununla birlikte, bu yöntemlerin hantal işleml....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Cihaz ve yazılım kurulumu

MMC için ayrılmış kalıcı alan olarak temiz ve steril bir ortam (temiz bir tezgah gibi) seçin. MMC'yi alana sabit bir şekilde yükleyin.
NOT: MMC'yi güçlü elektrik alanlarının, manyetik alanların ve güçlü ısı radyasyon kaynaklarının parazitinden uzak tutun. Optik algılama bileşenlerini etkilemekten kaynaklanan şiddetli titreşimlerden kaçının. MMC'ye AC220 V, 50 HZ güç kaynağı sağlayın. MMC hakkında ayrıntılar için Malzeme Tablosu'na ve MMC¹⁶ web sitesine bakın.
MMC.zip dosyasından işlem yazılımını yükleyin
Not: MMC.zip dosyası için yazarlara başvurun.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, MMC'de otomatik ve nispeten yüksek verim stratejisi ile mikrobiyal ekimi ve metanol esansiyel adaptif evrimi göstermek için örnek olarak E. coli MG1655 ve bir MeSV2.2 suşu kullanır. Büyüme eğrisi ölçümü esas olarak mikrobiyal ekimi karakterize etmek için kullanılmıştır. Adaptif evrim, otomatik sürekli alt ekimle gerçekleştirildi ve her bir alt yetiştirme sırasında seçici basınç olarak yüksek konsantrasyonda metanol eklendi. Uyarlanabilir evrimin gerçekleşip gerçekleşmediği, her bir alt yetiştirme dö.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, otomatik mikrobiyal yetiştirme ve uzun vadeli adaptif evrim gerçekleştirmek için Mikrobiyal Mikrodamlacık Kültürü sisteminin (MMC) nasıl kullanılacağını sunar. MMC minyatürleştirilmiş, otomatik ve yüksek verimli bir mikrobiyal yetiştirme sistemidir. Geleneksel mikrobiyal yüksek verimli yetiştirme yöntemleri ve cihazlarıyla karşılaştırıldığında, MMC düşük işçilik ve reaktif tüketimi, basit kullanım, çevrimiçi algılama (OD ve floresan), yüksek zaman çözünürlüklü veri toplama ve üstün paralelleştirme gibi birço.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı (2018YFA0901500), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Ulusal Anahtar Bilimsel Enstrüman ve Ekipman Projesi (21627812) ve Tsinghua Üniversitesi Girişimi Bilimsel Araştırma Programı (20161080108) tarafından desteklenmiştir. Ayrıca Prof. Julia A. Vorholt'a (Mikrobiyoloji Enstitüsü, Biyoloji Bölümü, ETH Zürih, Zürih 8093, İsviçre) metanol esansiyel E. coli suşu versiyon 2.2'nin (MeSV2.2) sağlanması için teşekkür ederiz.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

_{4< / sub> & middot}

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
0.22 μ m PVDF filtre membranı	Merck Millipore Ltd.	SLGPR33RB	MMC yağını
4 ° C sterilize edin > C buzdolabı	Haier	BCD-289BSW	Reaktif depolama için
Agar	Becton, Dickinson and Company	214010	Katı plaka hazırlama için
CaCl₂· 2H₂O	Sinopharm Kimyasal Reaktif Beijing Co., Ltd.	20011160	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Temiz tezgah	Pekin Donglian Har Enstrüman İmalatı Co., Ltd.	DL-CJ-INDII	Aseptik çalışma ve UV sterilizasyonu için
CoCl₂· 6H₂O	Sinopharm Kimyasal Reaktif Beijing Co., Ltd.	10007216	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Bilgisayar	Lenovo	E450	Yazılım kurulumu ve MMC kontrolü
Sabit sıcaklık inkübatörü	Shanghai qixin scientific instrument co., LTD	LRH 250	kullanarak mikrobiyal yetiştirme için
; 5H₂O	Sinopharm Kimyasal Reaktif Beijing Co., Ltd.	10008218	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Elektronik terazi	OHAUS	AR 3130	EP tüpü reaktif tartımı için
	Thermo Fisher	1,5 mL	Damlacık toplama için
FeCl₃· 6H₂O	Sinopharm Kimyasal Reaktif Beijing Co., Ltd.	10011928	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Dondurma Tüpü	Thermo Fisher	2.0 mL	Gerilim koruması için
Glukonat	Sigma-Aldrich	S2054	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Gliserol	GENEL-REAKTİF	G66258A	Gerilim koruması için
Yüksek Basınçlı Buharlı Sterilizasyon Kabı	SANYO Elektrikli	MLS3020	Otoklavlanmış sterilizasyon
için izopropil-β-d-tiyogalaktopiranosid (IPTG)	Biyotepeli	420322	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Kanamisin sülfat	Solarbio	K8020	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
KH₂PO₄	MACKLIN	P815661	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Metanol	MACKLIN	M813895	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
MgSO 4< / alt > ve orta nokta; 7H₂O	BIOBYING	1305715	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Mikrobiyal Mikro Damlacık Kültür Sistemi (MMC)	Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd.	MMC-I	: Büyüme eğrisi belirleme ve adaptif evrimin gerçekleştirilmesi. Lütfen http://www.tmaxtree.com/en/index.php?v=news&id=110
mikroakışkan çip	Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd.'	MMC-ALE-OD	damlacık işlemleri için. Lütfen http://www.tmaxtree.com/en/
MMC yağı	Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd.'	MMC-M/S-OD	Damlacık mikroakışkanları için yağ fazı. Lütfen http://www.tmaxtree.com/en/
MnCl₂	Sinopharm Kimyasal Reaktifi Beijing Co., Ltd.'	20026118	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
NaCl	GENEL-REAKTİF	G81793J	LB ortamının
bileşeni Na_{2< / sub>HPO_{4< sub> & middot; 12H₂O GENEL}}	REAKTİF		G10267B MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
NH < > 4< / alt > Cl	Sinopharm Kimyasal Reaktif Beijing Co., Ltd.	10001518	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Petri kabı	Corning Incorporated	90 mm	mu'nun hazırlanması için
		; L, 10 & mu; L, 100μ L, 1000μ L	Sıvı kullanımı için
Hızlı bağlantı A	Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd.	—	Her eklemin bağlantısı için. Lütfen http://www.tmaxtree.com/en/
Reaktif şişesi	Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd.'	MMC-PCB	Bakteri çözeltisi ve reaktiflerinin örneklenmesi ve depolanması. Lütfen bakınız http://www.tmaxtree.com/en/
Çalkalama şişesi	Union-Biotech	50 mL	Mikrobiyal yetiştirme için
Çalkalama inkübatörü	Shanghai Sukun Industrial Co., Ltd.	SKY-210 2B	Çalkalama şişesinde mikrobiyal yetiştirme için
Streptomisin sülfat	Solarbio	S8290	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Şırınga	JIANGSU ZHIYU MEDICAL INSTRUCTMENT CO., LTD	10 mL	Sıvıyı çekin ve reaktif şişesine enjekte
Şırınga iğnesi	OUBEL Hırdavat Mağazası	22G	İç çap 0,41 mm ve dış çap 0,71 mm'dir.
Tripton	Oksoit Ltd.	LP0042	LB orta Ultra
düşük sıcaklık buzdolabının	SANYO Ultra düşük	MDF-U4086S	Gerilim koruması için (-80 &�; C)
UV– Vis spektrofotometresi	General Electric Company	Ultrospec 3100 pro	OD değerlerinin ölçümü için
Vitamin B1	Solarbio	SV8080	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.
Maya özü	Oxoid Ltd.	LP0021	LB ortamının
bileşeni ZnSO_{4< / sub>· 7H₂O}	Sinopharm Kimyasal Reaktif Beijing Co., Ltd.	10024018	MeSV2.2 için özel ortamın bileşeni.

Katı ortam CuSOye bakın. Çeşitli ye bakın.ye bakın. Katı ortam Pipeti eppendorf 2.5 & ye bakın. edin bileşeni

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lewis, W. H., et al. Innovations to culturing the uncultured microbial majority. Nature Reviews Microbiology. 19 (4), 225-240 (2020).
Feist, A. M., Herrgard, M. J., Thiele, I., Reed, J. L., Palsson, B. O. Reconstruction of biochemical networks in microorganisms.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Mikrobiyal Mikrodamlacık Kültür Sistemi (MMC) kullanılarak Otomatik Mikrobiyal Yetiştirme ve Uyarlanabilir Evrim

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles