方法来抑制细菌Pyomelanin生产和确定敏感性氧化应激的影响相应增加

Immunology and Infection

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Ketelboeter, L. M., Bardy, S. L. Methods to Inhibit Bacterial Pyomelanin Production and Determine the Corresponding Increase in Sensitivity to Oxidative Stress. J. Vis. Exp. (102), e53105, doi:10.3791/53105 (2015).

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Abstract

Protocol

1.制备培养基,抗生素,和2- [2-硝基-4-(三氟甲基)苯甲酰基] -1,3-环己二酮(NTBC)

  1. 使LB肉汤(1%胰蛋白胨,0.5%酵母提取物,0.25%NaCl的H 2 O)和分装成适当体积。通过高压灭菌消毒。室温保存。
  2. 达到100ml LB琼脂(1%胰蛋白胨,0.5%酵母提取物,0.25%的NaCl,在H 2 O的1.5%琼脂)的250ml烧瓶中。通过高压釜中,在室温下储存消毒。确保琼脂倒入盘前熔化。
    注:含有100ml的LB琼脂将产生4板保温瓶。 LB琼脂的量可以改变以对应于所需的测定板的数量。
  3. 使PBS(137 mM氯化钠,2.7毫米氯化钾,10毫 Na 2 HPO 4,2mM的KH 2 PO 4)16。通过高压灭菌器或过滤和储存在室温下消毒。
  4. 准备抗生素股票方案的庆大霉素,卡那霉素,一种ð妥布霉素。
    1. 准备适当的抗生素浓度股票为P.假单胞菌菌株含有100mg / ml的庆大霉素,30毫克/毫升卡那霉素,和10毫克/毫升妥布霉素。溶解抗生素在水中,过滤杀菌(0.2微米),并储存在4℃。改变这取决于所研究的细菌的抗生素和浓度。
  5. 准备NTBC股票的解决方案。溶解10毫克NTBC在400微升DMSO中。这就产生了75.9毫米NTBC的浓度。商店NTBC储备溶液在-20℃。解冻溶液在室温下按需要。
    注:不同NTBC的来源有溶解度的差异。确定适当的车辆中,以溶解根据制造商的建议的NTBC和调整步骤1.5相应。

2.细菌菌株的NTBC滴定

  1. 菌株的设置过夜培养来进行测试。加入2ml LB培养基为16×150毫米的试管S(每株一个),接种从每一株1孤立的殖民地。孵育过夜,在37℃通气到组织培养旋转器中的空气培养箱中。
  2. 第二天,准备NTBC的滴定在LB肉汤。使用的初始范围从0到900微米NTBC自不同菌株具有的感光度NTBC差异。
    1. 加入1毫升的LB肉汤到每株4到5支试管(16×150毫米)。
    2. 添加NTBC储液(75.9毫米)的试管(16×150毫米)的范围内的浓度。 见表 1 NTBC浓度和相应的库存量增加至1ml LB肉汤。
  3. 测量过夜培养的OD 600。以OD 600的读数,以消除pyomelanin出现在媒体面前洗的文化。
    1. 通过离心1毫升文化的一个离心16,000 XG 2分钟洗净文化。去除上清,任何松散沉淀的细胞与移液器和悬浮固体细胞沉淀在1毫升LB中
  4. 接种滴定管,在OD 600 0.05。计算接种管所需的洗涤培养的量。
    注:使用清洗培养的接种,因为pyomelanin不应该存在。
  5. 孵育滴定管约24小时,在37℃使用组织培养旋转器中的空气培养箱曝气。
  6. 拍摄滴定管和内和菌株之间比较颜料生产,以确定要用于MIC和氧化应激测定NTBC的量。使用的OD 600读数,以确定pyomelanin的量在无细胞培养物上清液,并确定细胞密度。
    注:在培养物上清液的OD 600比率pyomelanin至细胞可以计算量化与NTBC处理后的差异在pyomelanin生产。

3.抗生素最少INHIBI保守党浓度(MIC)测定在96孔板

  1. 菌株的设置过夜培养要在LB有和没有NTBC测试。
    注:此协议使用300微米NTBC代表级别描述。 NTBC的要使用的适当水平是在步骤2.6确定。
    1. 添加300μMNTBC至2ml LB。加载体(DMSO)等体积的2毫升LB培养基的无NTBC条件。
    2. 使用无菌牙签,接种管与细菌的一个孤立的群体。将有一个文化与NTBC和一种文化,而不NTBC每一株。孵育过夜,在37℃,使用的组织培养旋转器中的空气培养箱曝气。
  2. 第二天,让LB + NTBC和LB + DMSO主解决方案用于设置MIC检测。添加NTBC在600μM,因为这一个浓度将稀释两倍时接种物添加,得到300微米的最终浓度。
    1. 为了测试一个antibi耳一紧张,加上600μMNTBC〜2毫升LB和组合,使NTBC主的解决方案。加载体(DMSO)的等效体积至2ml LB和混合以使无NTBC母液。使用这些解决方案,用于创建抗生素储备溶液以及用于设置稀释系列,在96孔板中。
      注:主溶液制剂将产生额外的解决方案,以弥补移液错误。主溶液可以放大或缩小取决于抗生素和应变测试的数目为必需的。
  3. 准备抗生素解决方案,在LB + NTBC或LB + DMSO主的解决方案。
    注意:在这些溶液中的抗生素浓度应双倍的最终所需的浓度。够溶液应使在一个96孔板100微升转移到四口井。
    1. 制备庆大霉素+/- NTBC原液在64微克/毫升。为了使这个解决方案,增加0.288微升庆大霉素的股票(100毫克/毫升)450微升LB + NTBC或LB + DMSO主解决方案。
      注:庆大霉素为P的最大浓度绿脓杆菌 PAO1是32微克/毫升。
    2. 使卡那霉素+/- NTBC原液在256微克/毫升。为了使这个解决方案中,添加3.84微升卡那霉素股票(30毫克/毫升),以450微升LB + NTBC或LB + DMSO主的解决方案。
      注:卡那霉素的P的最大浓度绿脓杆菌 PAO1为128微克/毫升。
    3. 制备妥布霉素+/- NTBC原液在8微克/毫升。为了使这个解决方案中,添加0.36微升妥布霉素股票(10毫克/毫升),以450微升LB + NTBC或LB + DMSO主的解决方案。
      注:为P.假单胞菌 PAO1,妥布霉素的最大浓度为4微克/毫升。
      注:抗生素和浓度可以调整为细菌进行测试。
  4. 加入100微升每2×抗生素溶液的四个井在96孔板中。将这些解决方案中的行A.对于为例即,庆大霉素应到A4置于A1中,卡那霉素应至A8被放置在A5和妥布霉素应通过A12被放置在A9。 参见1A,用于一个96孔板设置的示意图。
    注意:多个抗生素可以在一个板进行试验,但只有一个应变应该每板进行测试,以消除交叉污染,从其它菌株的潜力。
  5. 添加50微升LB + NTBC或LB + DMSO主溶液的行B至96孔板的小时。确保一个板块是LB + NTBC,一个板块是LB + DMSO。参见图1A。
    1. 使用LB + NTBC在LB + NTBC的抗生素。使用LB + DMSO在LB + DMSO的抗生素。
  6. 用微量转增50微升的解决方案,从行A到B行混合的解决方案,改变枪头执行的抗生素两倍系列稀释液,并转移50微升的解决方案从B行与行C.重复以上步骤,该remaini吴行。稀释G行后,取​​出50微升该行和丢弃的解决方案。使用行H作为一个无抗生素控制细菌的生长。参见图1B。
    注:每个井在排A至G现在包含50微升抗生素的LB + NTBC或LB + DMSO以2X的最终所需的浓度。行H中的LB + NTBC或LB + DMSO没有抗生素。
  7. 测量过夜培养的OD 600。以OD 600的读数,以消除pyomelanin出现在媒体面前清洗所有的文化。
    1. 通过离心1毫升文化的一个离心16,000 XG 2分钟洗净文化。用微量去除上清,重悬细胞沉淀在1毫升LB中
  8. 稀释过夜培养在LB中2.75x10 5 CFU /毫升
    注意:假设一个OD 600单位为1×10 9 CFU /毫升P.相当于铜绿假单胞菌 。 OD以CFU / ml的转换可能是different在其他细菌。
  9. 加入50微升稀释的细菌培养物,以适当的井。
    注:在NTBC生长培养应加入到含有NTBC和培养在DMSO生长应添加到含有的DMSO的孔的孔中。参见图1B。
    1. 添加细菌三眼井每一株和抗生素浓度。加入50微升的LB至第四孔充当细菌污染的控制。参见图1B。
    2. 使用多通道移液器以接种的孔中。保证吸管加入接种物时防止周围井污染提示是井的底部附近。
      注意:添加细菌培养到孔会冲淡抗生素和NTBC浓度的两倍。
  10. 覆盖96孔板用封口膜,并培育约24小时,在37℃下。孵育96孔板静态,在空气培养箱中。
  11. 审查所述板对中的细菌生长的孔中。的MIC是抗生素的最低浓度,其中无细菌生长被认为对于每个菌株的所有三次重复。
    1. 用肉眼检验板的增长或读取用酶标仪集到OD 600。

4.现货板检定的氧化应激反应

  1. 菌株的设置过夜培养将在LB有和没有NTBC按照步骤3.1中所述进行测试。
  2. 第二天,制备含有 H 2 O 2作为氧化应激的LB琼脂平板上。 h的范围 2 O 2的浓度从0到1毫米是一个很好的起点。
    1. 融化LB琼脂瓶。冷媒介在室温下约50℃。
    2. 直接添加 H 2 O 2到冷却介质在所需的浓度。旋流烧瓶混合。 见表 2 h的浓度2 O 2和浓H 2 O 2的体积增加。这些值是基于100 ml的LB琼脂的。
    3. 加入H 2 O 2和火焰表面,以去除气泡后,立即倒入盘子。产率是每100毫升的LB琼脂4板。标记用H 2 O 2浓度的板。
    4. 放置揭示在生物流罩与运行30分钟风扇从板除去多余的水分的板。
      注意:使用它们制备当天的板。如果不这样做,可能会导致数据不一致。
      注:氧化应激,如百草枯可以取代 H 2 O 2在该试验中。用于其它的氧化应激的浓度可以比那些用于H 2 O 2的不同。
  3. 洗净按步骤3.7说明测量外径600过夜培养的。
  4. 规范化的所有一夜之间立方米的OD 600ltures到对于该组的菌株的最低值被测试。P.假单胞菌通常具有约2.5时在LB + NTBC或LB + DMSO过夜生长的OD 600。
    1. 确定培养的稀释培养物以最低的OD 600为1毫升的总体积所需要的体积。例如,如果一个培养具有的OD 600的3和最低的OD 600对于该组的菌株是2.5,执行以下计算:(2.5)(1毫升)=(3)(x)的。 X =0.833毫升。 0.833毫升培养将被放置在一个离心管。
    2. 计算使培养体积至1ml所需LB + NTBC(300μM)或LB + DMSO的量。对于在步骤4.4.1的例子中,加入LB + NTBC或LB + DMSO的量在培养。将0.167毫升(1 ml的总体积 - 0.833 ml的培养物)。使储备溶液LB + NTBC和LB + DMSO的用于这些稀释液根据需要稀释所有菌株在卷上。
    3. 混合的文化和LB + NTBC或LB + DMSO涡旋。
  5. 为了维持培养物在NTBC或DMSO的浓度恒定,在执行PBS + NTBC或PBS + DMSO规格化过夜培养的10倍系列稀释。
    1. 使股票的解决方案PBS + NTBC和PBS + DMSO中。对一组稀释液为一种菌株,混合300μMNTBC或DMSO等体积的PBS,得到的720微升的总体积。缩放这些股票上升或下降取决于有多少株进行了测试。
    2. 标签离心管10 -1至 10 -7系列稀释。添加90微升PBS + NTBC或PBS + DMSO中至适当管中。用PBS + NTBC在LB + NTBC生长的菌株,用PBS + DMSO在LB + DMSO生长的菌株。
    3. 加入10微升培养物,以适当的10 -1稀释管。通过涡旋混合并转移10微升10 -1稀释到10 -2稀释管。重复,直到所有的稀释已PERFORmed指。更改稀释之间的枪头。
  6. 点5微升10 -3的通过10 -7稀释在LB + H 2 O 2的平板式两份每个菌株。使用一个枪头,如果斑点镀大多数稀释至至少稀(10-710-3)。不要翻倒或倾斜板,直到液体干燥成板。
  7. 孵育所述板为24-48小时,在37℃(空气培养箱),根据不同的应变。
    :P。培养24小时后, 铜绿假单胞菌 PAO1将对LB好户型的殖民地。孵育菌株直到他们有菌落大致相同的尺寸PAO1。
  8. 拍摄使用上述一个transluminator CCD照相机的板。任选地,编辑照片的对比度和作物为相同大小。算在每个点的菌落数来确定的变化灵敏度氧化应激。

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Representative Results

NTBC滴定

所述NTBC滴定被用来确定是否NTBC能够减少巴斯德pyomelanin生产假单胞菌,并且还确定NTBC的消除或减少pyomelanin生产供额外分析使用的浓度。有可能的变化在不同的重复产生pyomelanin的水平,但总的趋势仍不变。所述NTBC滴定试验也可以修改,以测试可能影响颜料生产中的其他细菌的其它化合物。这将只工作,但是,如果有一个表型改变,可以在视觉上确定或量化。

P的 pyomelanin生产菌株的治疗假单胞菌与NTBC导致在颜料生产12的剂量依赖性降低。 图2表明,P的不同菌株绿脓杆菌具有敏感性NTBC的差异,通过杓水平指示黑色素生成。被要求更高浓度NTBC的减少pyomelanin产量在临床分离PA1111 17(从达拉弗兰克获得)相比,实验室菌株HMGA :: TN 18(华盛顿大学PAO1座子突变体文库)。菌株不产生pyomelanin [PAO1(从卡丽哈伍德获得)和HPD :: TN 18(华盛顿大学PAO1座子突变体文库)]表明色素沉着无变化与NTBC治疗。我们决定使用300微米NTBC为我们的测定法,因为pyomelanin产量基本上在实验室菌株HMGA使用浓度(比较300μM至0μMNTBC)降低:: TN。在这项研究中使用的所有菌株保存在-80℃下在15%的甘油。

抗生素的MIC

抗生素的MIC可以使用几种不同的方法进行测试。这里所描述的微量滴定板的方法将允许使用r以测试各种抗生素的浓度,用最少的资源。结果很容易复制,所述测定法可以被修改以允许在生物体的抗生素敏感性的差异进行测试。一些变化可以独立实验之间可以看出,但趋势是相当一致的。技术复制应该表现出相同的MIC。

表3示出结果不同P.假单胞菌菌株治疗有和没有NTBC和各种氨基糖苷类抗生素。三个独立的菌落,一式三份以下描述的方法进行测试。的MIC记录为抗菌素的最低浓度抑制细菌生长在所有三个技术重复。 NTBC处理对氨基糖苷类的MIC所测试的菌株没有影响。

氧化应激斑片试验

测试氧化应激现货板法赋予reproduciblË结果使用的H 2 O 2比在其他实验中使用较低的水平。无H 2 O 2的所述板是控制板,以确定稀释系列的各菌株的精度,以及确定菌落大小和在各点的菌落数而不使细胞对氧化应激。在适当的稀释系列,最终点应该具有非常少的菌落,而第一点将会对H 2 O 2的自由媒体菌落不可数数目。应该有菌落在内的稀释系列的每个点的数量10倍的差异。对于所有的供试菌株,类似的数字菌落应被视为在对H 2 O 2自由控制板相同的稀释。

细菌的不同菌株可以具有不同的敏感性,氧化应激,一个范围的H 2 O 2的浓度进行测试。增加H 2 O的浓度2 O 2诱导的氧化应激。不同细菌菌株的生长特性可以比下一个特定 H 2 O 2的浓度,以确定对氧化应激的敏感性。该分析方法可被修改,以确定特定化合物或试剂,如NTBC的影响,在一个单一的细菌菌株时,细菌受到氧化应激。菌落也可以计数以测定细菌菌落形成不同的实验条件之间的单位减少百分比。

图3示出 P的 pyomelanin和非pyomelanin生产菌株的光点平板测定假单胞菌治疗有和没有NTBC并暴露于H 2 O的2诱导的氧化应激。显然,有各色NCE在pyomelanin生产菌时灵敏度氧化应激与NTBC治疗,并且还细菌不产生pyomelanin相比那些确实产生色素之间。菌株没有产生pyomelanin,天然或由于NTBC治疗,都在氧化应激比产生pyomelanin菌株更敏感。

图1
图1:抗生素的MIC测定法96孔板的示意图设置(A)的100微升的最高起始浓度的2倍的抗生素是在行A行B到H填充有50微升任​​LB + NTBC或LB +的DMSO无抗生素。 (B)的两倍连续稀释至G在列A进行的,从而导致50微升稀释的抗生素在每孔以2倍的最终所需的浓度。 H行是一个控制井对于B-acterial增长不含抗生素。 50微升的LB或接种物加入到适当的孔中,稀释所述抗生素两倍于最终浓度。 LB用作细菌污染的抗生素的控制。通用,庆大霉素;公里,卡那霉素; TOB,妥布霉素。

图2
图2:pyomelanin生产者和非生产者P.的NTBC滴定假单胞菌 。NTBC生产减少pyomelanin在实验室和临床pyomelanin生产者以剂量依赖性方式,但有在不产生pyomelanin株上颜料的生产没有影响。从参考12修改。

图3
图3:对氧化应激反应现货平板测定细菌菌株是稀d可相同的OD 600,串行稀释10倍,并点样于含有各种浓度的H 2 O 2的LB平板上。在0毫米H 2 O的2板的结果表明,所有的菌株稀释正常,由设置在各点为相同的稀释为不同菌株的类似数目的集落所指示的。含H 2 O 2的显示板的,该菌株对氧化应激为H 2 O的2的浓度更敏感增加。这是通过在相对 ​​于无H 2 O 2的条件下,以及在集落大小减小的斑点减少菌落计数表示。从参考12修改。

NTBC(μM)终浓度 NTBC(75.9毫米)增加(微升)的音量
0 0
50 </ TD> 0.659
100 1.318
200 2.64
300 3.95
600 7.91
900 11.86

表1:NTBC浓度设立滴定在LB中此表给出了各种NTBC浓度和NTBC股票的相应量添加到1ml LB.

h的终浓度2 O 2(MM) 9.79 MH 2 O 2(30%重量)的添加量(微升)
0 0
0.2 2.04
0.4 4.09
0.6 6.13
0.8 8.17
1 10.21

表2:的H 2 O 2的浓度增加至LB琼脂用于氧化应力点平板测定此表给出了各种 H 2 O 2的浓度,并浓缩H的相应量2 O 2的库存以添加到100毫升的LB琼脂上。

L65“> PA1111 + NTBC
PAO1 - NTBC PAO1 + NTBC HMGA :: TN - NTBC HMGA :: TN + NTBC HPD :: TN - NTBC HPD :: TN + NTBC PA1111 - NTBC
庆大霉素 1 0.5 2 2 1 1 0.5 0.5
卡那霉素 16 8 32 32 32 32 16 16
妥布霉素 0.5 0.5 0.5 0.5 0.25 0.25 0.5 0.5

表3:抗生素的MIC结果三个独立的菌落以一式三份对各斯特拉测试 。研究。从基准12重新打印许可。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
2-[2-nitro-4-(trifluoromethyl)benzoyl]-1,3-cyclohexanedione (NTBC) Sigma-Aldrich SML0269-50mg Also called nitisinone.  Soluble in DMSO.
H2O2 Sigma-Aldrich 216763-100ML 30 wt. % in H2O.  Stabilized.
Gentamicin Gold Bio G-400-100 Soluble in H2O.  Filter sterilize.
Kanamycin Fisher Scientific BP906-5 Soluble in H2O.  Filter sterilize.
Tobramycin Sigma-Aldrich T4014-100MG Soluble in H2O.  Filter sterilize.

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References

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