Extrahieren von DNA aus dem Gut Mikroben der Termite (Zootermopsis Angusticollis) und visualisieren Gut Mikroben

Biology

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Summary

Dieses Video zeigt die Technik zur Gewinnung von DNA aus den Arten von Mikroben mit Wohnsitz in der Termite Enddarm. Die Herstellung eines Nasspräparat Rutsche, die nützlich für die Visualisierung der gut mikrobiellen Gemeinschaft ist, ist auch dargestellt, und eine Tour durch die artenreiche gut Umfeld gegeben ist.

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Matson, E., Ottesen, E., Leadbetter, J. Extracting DNA from the Gut Microbes of the Termite (Zootermopsis Angusticollis) and Visualizing Gut Microbes. J. Vis. Exp. (4), e195, doi:10.3791/195 (2007).

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Abstract

Termiten gehören zu den wenigen Tieren bekannt, dass die Fähigkeit, allein bestehen durch den Verzehr von Holz haben. Die Termitendarm Trakt enthält eine dichte und artenreiche mikrobiellen Population, die in den Abbau von Lignocellulose unterstützt überwiegend in Acetat, der Schlüssel Nährstoff Betankung Termiten Stoffwechsel (Odelson & Breznak, 1983). Innerhalb dieser mikrobiellen Populationen sind Bakterien, methanogenen Archaea und in einigen ("lower") Termiten, Protozoen eukaryotische. So werden Termiten ausgezeichnete Versuchspersonen für die Untersuchung der Interaktionen zwischen Mikroben-Spezies und den zahlreichen biochemischen Funktionen, die sie durchführen, um den Nutzen ihrer Gastgeber. Die Artenzusammensetzung der mikrobiellen Populationen in Termiten guts sowie wichtige Gene in verschiedenen biochemischen Prozessen beteiligt wurde erforscht mit Hilfe molekularer Techniken (Kudo et al, 1998;. Schmit-Wagner et al, 2003;. Salmassi & Leadbetter, 2003). Diese Techniken sind abhängig von der Extraktion und Reinigung von hochwertigen Nukleinsäuren aus der Termitendarm Umwelt. Die Extraktion Technik in diesem Video beschrieben wird, eine modifizierte Zusammenstellung von Protokollen für die Extraktion und Reinigung von Nukleinsäuren aus Umweltproben (Mor et al, 1994 entwickelt;. Berthelet et al, 1996;. Purdy et al, 1996;. Salmassi & Leadbetter, 2003;. Ottesen et al 2006) und sie produziert DNA von Termiten Enddarm Material für die Verwendung als Vorlage für die Polymerase Kettenreaktion (PCR).

Protocol

Zusammenfassung des Verfahrens für die Termiten ganzen Darm DNA-Extraktion:

  1. Gefühlt Termiten auf Eis zu entfernen gut mit einer sterilen Pinzette und stabilisieren gut Proben in Puffer.
  2. Homogenisieren Proben in PVPP / SDS / Phenol-Puffer.
  3. Extrahieren und zu reinigen DNA aus Rohlysat mit Qiagen DNeasy Spalten.

Protokoll:

  1. Auf Eis, entfernen Sie die Eingeweide aus Arbeiter Kaste Termiten mit einer sterilen Pinzette.
  2. Sofort überweisen Sie den Mut und die Inhalte in einen sterilen, Nuklease-freies Röhrchen mit 50 uL eiskaltem 1x Molekularbiologie TE-Puffer (1 mM Tris-HCl, 0,1 mM EDTA, pH 8,0). Freeze-Proben bei -20 ° C, oder gehen Sie direkt mit der Homogenisierung.
  3. Übertragen Sie die gut Proben und Puffer, um eine sterile, Nuklease-freies 2 ml Schraube Röhrchen vorinstalliert mit 500 mg sterile Zirkonoxid / Silica-Kugeln (0,1 mm) und 700 ul 1x TE-Puffer mit 1% w / v Polyvinylpolypyrrolidon (PVPP ).
  4. Dann werden 50 ul 20% Natriumdodecylsulfat (SDS) und 500 ul Phenol zu den Proben.
  5. Homogenisieren (bead beat) auf die höchste Einstellung mit drei Zyklen von 30 sec homogenisiert und 30 sec von Kühlen auf Eis.
  6. Sediment unlösliches Material für 1 min bei 8.000 x g.
  7. Purify 300-ul Aliquots der wässrigen (oberste) Schicht mit Qiagen DNeasy Spalten mit der Methode für Rohlysat Reinigung beschrieben.
  8. Quantify Nukleinsäure Inhalt und frieren die Proben bei -20 ° C für eine spätere Verwendung.

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Discussion

Nach unserer Erfahrung ist die DNA aus der mikrobiellen Lebensgemeinschaften von Holz-Fütterung Termitenart wie Zootermopis nevadensis extrahiert rein genug für die PCR-Vorlage nach einer Runde der Extraktion und Reinigung. Jedoch können einige Termiten, wie Wurf-Fütterung und Boden-Fütterung Arten haben eine höhere Konzentration an Huminsäuren in ihren Darminhalt und kann zusätzliche Reinigung des Darms mikrobielle DNA erfordern. Die gesamte DNA-Ausbeute aus dem Bauch von 5 Z. nevadensis Arbeiter liegt im Bereich von 10-30 pg. Für Termitenart deutlich kleiner oder größer als diese Art, können mehr oder weniger Proben erforderlich, um eine ähnliche Menge an DNA zu erhalten.

Diese Methode kann leicht angepasst, um die RNA-Extraktion zu ermöglichen. Für die RNA-Extraktion, Ersatz 1x RNAprotect Bakterien-Reagenz von Qiagen (CATLOG Nr. 76.506) für den eiskalten TE-Puffer in Schritt 2 des Protokolls beschrieben. Qiagen RNeasy Reagenzien und Spalten (CATLOG Nr. 74.104) sollten an die Stelle der DNeasy Reinigung oben beschriebene Verfahren verwendet werden. Als DNA kann aus RNAprotect-stabilisierten Proben gereinigt werden und nur 300 ul der rund. 700 ul wässrige Schicht in Schritt 7 abgerufen wird benötigt für die Aufreinigung von Nukleinsäuren, diese Methode verwendet werden, um sowohl DNA als auch RNA in parallel aus einer einzigen Probe abgerufen werden.

Diese Techniken sind abhängig von der Extraktion und Reinigung von hochwertigen Nukleinsäuren aus der Termitendarm Umwelt. Die Extraktion Technik in diesem Video beschrieben wird, eine modifizierte Zusammenstellung von Protokollen für die Extraktion und Reinigung von Nukleinsäuren aus Umweltproben (Moré et al, 1994 entwickelt;. Berthelet et al, 1996;. Purdy et al, 1996;. Salmassi & Leadbetter, 2003;. Ottesen et al 2006) und sie produziert DNA von Termiten Enddarm Material für die Verwendung als Vorlage für die Polymerase Kettenreaktion (PCR).

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Materials

Name Type Company Catalog Number Comments
PVPP/SDS/phenol Buffer homogeneization buffer
DNeasy Tissue Kit Kit Qiagen 77607 Used according to the protocol for isolation of genomic DNA from crude lysates (Appendix H, product manual version: July 2003)
TE Buffer Sigma-Aldrich T9285 1x buffer (1 mM Tris-HCl, 0.1 mM EDTA, pH 8.0) from 100x concentrate
zirconia/silica beads Supplies Biospec Products 11079101z 0.1 mm
PVPP Reagent Sigma-Aldrich P6755 1% w/v polyvinylpolypyrrolidone prepared from dry reagent as a 1x suspension in TE buffer
Zootermopsis nevadensis Animal Termites
SDS Reagent Sigma-Aldrich L4390 Sodium dodecyl sulfate 20% soln. in water from dry reagent
Phenol Reagent Sigma-Aldrich 77607 TE-saturated, ~73%
MiniBeadbeater-8 Tool Biospec Products 963
BSS Buffered Salt Solution, pH 7.2 Formulation per liter: 2.5 g K2HPO4, 1.0 g KH2PO4, 1.6 g KCl, 1.4 g NaCl, 0.075 g CaCl, 1 g MgCl, and 10 mL of a 1M soln. of NaHCO3
AxioPlan-2 Microscope Carl Zeiss, Inc. Outfitted with 40x objective, 1.6x optivar and 10x ocular lenses. Samples were viewed using phase contrast illumination

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References

  1. Berthelet, M., Whyte, L. G., Greer, C. W. Rapid, Direct Extraction of DNA from Soils for PCR Analysis using Polyvinylpolypyrrolidone Spin Columns. FEMS Microbiol. Lett. 138, 17-22 (1996).
  2. Kudo, T., Ohkuma, M., Moriya, S., Noda, S., Ohtoko, K. Molecular Phylogenetic Identification of the Intestinal Anaerobic Microbial Community in the Hindgut of the Termite, Reticulitermes Speratus, without Cultivation. Extremophiles. 2, 155-161 (1998).
  3. Moré, M. I., Herrick, J. B., Silva, M. C., Ghiorse, W. C., Madsen, E. L. Quantitative Cell Lysis of Indigenous Microorganisms and Rapid Extraction of Microbial DNA from Sediment. Appl. Environ. Microbiol. 60, 1572-1580 (1994).
  4. Odelson, D. A., Breznak, J. A. Volatile Fatty Acid Production by the Hindgut Microbiota of Xylophagous Termites. Appl. Environ. Microbiol. 45, 1602-1613 (1983).
  5. Ottesen, E. A., Hong, J. W., Quake, S. R., Leadbetter, J. R. Microfluidic Digital PCR Enables Multigene Analysis of individual Environmental Bacteria. Science. 314, 1464-1467 (2006).
  6. Purdy, K. J., Embley, T. M., Takii, S., Newdell, D. B. Rapid Extraction of DNA and rRNA from Sediments by a Novel Hydroxyapatite Spin-Column Method. Appl. Environ. Microbiol. 62, 3905-3907 (1996).
  7. Salmassi, T. M., Leadbetter, J. R. Analysis of Genes of Tetrahydrofolate-Dependent Metabolism from Cultivated Spirochaetes and the Gut Community of the Termite Zootermopsis Angusticollis. Microbiology. 149, 2529-2537 (2003).
  8. Schmitt-Wagner, D., Friedrich, M. W., Wagner, B., Brune, A. Phylogenetic Diversity, Abundance, and Axial Distribution of Bacteria in the Intestinal Tract of Two Soil-Feeding Termites (Cubitermes spp). Appl. Environ. Microbiol. 69, 6007-6017 (2003).
  9. Tsai, Y. L., Olson, B. H. Rapid Method for Separation of Bacterial DNA from Humic Substances in Sediments for Polymerase Chain Reaction. Appl. Environ. Microbiol. 58, 2292-2295 (1992).

Comments

10 Comments

  1. can you tell me the resolution power of the microscope at which you have shown the video and the make of the mcroscope used.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    September 17, 2007 - 12:56 AM
  2. I would also like to know the magnification used to view the microbes and if any phase contrast was used with the microscope setup. Thanks.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    December 20, 2007 - 6:24 PM
  3. As indicated in the updated protocol, a Zeiss AxioPlan-² Imaging microscope was used to aquire the images of termite gut microorganisms using Phase contrast illumination. Our particular set up allows magnification of samples up to 1,600X. This is accomplished using a 100X oil immersion objective lens + a 1.6X optivar + a 10X ocular lens. However, the images in the video use a 40X hi-dry phase contrast objective lens + the 1.6X optivar. To make the video, the videographer replaced the eyepiece with an adapter and attached the camera to that. Because we did not use a scale bar in these videos I do not know the magnification at which the camera recorded so the final magnification will depend on that factor + the window size used to view the video. I will say that the resolution is approximately consistent with what I observe at 640X magnification.

    Reply
    Posted by: Eric M.
    January 14, 2008 - 1:37 AM
  4. hello sir sir i am a project fellow in IIIM in india i want to know manual method how to isolate total DNA from termite and beetle gut(wood borer).sir kindly if you can provide me protocol for this i will be very thankful to you as i am in very need of it. thanking you sir and waiting for your reply

    Reply
    Posted by: Anonymous
    July 17, 2008 - 8:18 AM
  5. Hello,sir.I am interest in the manual DNA extraction methods from organic tissue,and acquire the best concentraction of DNA, can you provide me for this protocol, thank you.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    September 20, 2009 - 6:21 AM
  6. The information should appear below the video on the JOVE website, and a PDF of the protocol should be downloadable, however, I notice that the link dŒs not currently work. An alternative path to the document can be found by searching the article on PubMed (www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez) and choosing the full-text article from PubMed central. I've contacted JOVE to restore the file on their website. Several strategies for purifying insect gut-community DNA exist. A crucial step in any extraction procedure is to remove PCR-inhibiting substances if present. We have found that 1% w/v polyvinylpolypyrrolidone works well on DNA derived from termite gut contents.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    October 5, 2009 - 3:14 AM
  7. good job! very cool!

    Reply
    Posted by: jacqui s.
    December 12, 2009 - 7:28 AM
  8. Hi! I'm korean student. I want to see this full video.then what can i do?

    Reply
    Posted by: Hyun Y.
    October 31, 2014 - 9:47 AM

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