Summary

Встраивание парафин и тонкий секционирование колонии микробной биоплёнки для микроскопического анализа

Published: March 23, 2018
doi:

Summary

Мы описываем фиксации, внедрение парафин и тонкого резания методы для колонии микробной биопленки. В подготовленных образцах биопленки каркаса и репортер выражение шаблоны могут быть визуализированы при микроскопии.

Abstract

Секционирование через встраивание парафин методика широко установленным в eukaryotic систем. Здесь мы предоставляем метод для фиксации, внедрение и секционирование нетронутыми микробной колонии биоплёнки с помощью перфузии парафина. Адаптировать этот метод для использования на колонии биопленки, мы разработали методы для поддержания каждого образца на подложке ее роста и ламинирование с агар слоя и Добавлено Лизин в фиксирующие решение. Эти оптимизации улучшить образца удержание и сохранение функции микроморфологических. Подготовленный таким образом образцы поддаются тонких секционирование и изображений на свет, флуоресценции и передачи электронной микроскопии. Мы применили эту технику в колонии биоплёнки Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas synxantha, Bacillus subtilisи Vibrio cholerae. Высокий уровень детализации, видимой в образцах, созданный этим методом, в сочетании с репортером штамм инженерных или использование определенных красителей, может предоставить интересные идеи в физиологии и развитие микробных сообществ.

Introduction

Большинство микробы способны формы биопленки, общины клеток скрепленных собственного производства матриц. Биопленки можно выращивать во многих типах физических установок, с различных режимов предоставления питательных веществ и субстрата. Конкретных анализов для биопленки, как правило, дают воспроизводимости многоклеточные структуры, и общей архитектуры наблюдаются филогенетически разнообразных видов на макроскопическом уровне или сообщества. Когда микробы выращиваются как колоний на твердом носителе под атмосферу, макроскопической морфология передает сведения о емкости для производства матрицы и часто коррелирует с2,другие черты в 1,3. Внутренняя архитектура микробной колоний может также предоставить подсказки относительно конкретных биопленки химия и физиология, но было трудно охарактеризовать. Последние приложений загрузки криостата и cryosectioning методов бактериальных колоний позволили изображений и визуализации определенных функций на беспрецедентной резолюции 4,5,6. Однако исследования с тканей животных показали, что парафин встраивание обеспечивает улучшенный сохранение морфологии, когда по сравнению с загрузки криостата 7 и был использован для визуализации бактерий в тканях 8,9. Поэтому мы разработали протокол для фиксации, внедрение парафин и тонкие секционирование колонии микробной биопленки. Здесь мы будем описывать подготовки Pseudomonas aeruginosa PA14 колонии биопленки шлифов 10,11, но мы также успешно применен этот метод к биопленки, образованный бактерии Pseudomonas synxantha, Сенная палочка, и холерный вибрион12.

Процесс биоплёнки парафин встраивание и тонко секционирования следует простая логика. Во-первых биоплёнки помещены в слое агар для сохранения морфология во время обработки. Во-вторых заключенная биоплёнки погружали в фиксатор чтобы crosslink макромолекул и сохранить микроморфологии. Эти затем обезвоживается с алкоголем, очищаются с более неполярных растворителей и затем проникли с жидкого парафина. После того, как проникли, образцы встроены блоки воск для разрезания. Секции являются вырезать, монтируется на слайдах и затем Регидратированные для того, чтобы вернуть их в более родного государства. С этого момента они могут окрашенных или покрыты в среде установки для микроскопического анализа.

Этот протокол производит шлифов микробной биоплёнки подходит для гистологического анализа. Колонии биопленки подструктурами видны, когда шлифов, подготовлен с использованием этого метода отражаются на световой микроскопии. Биопленки можно также выращивать на СМИ содержащие флуоресцентные пятна специфических для индивидуальных особенностей или витражи на шаге регидратации, непосредственно до монтажа (шаги 9.5-9,6). Наконец микробы могут быть спроектированы для получения флуоресцентных белков в учредительных или регулируется моды, позволяя в situ отчетности распределения или гена выражения ячейки в этих общинах. Мы использовали эти методы для определения глубины биопленки колонии, распределение ячеек, матрица распределения, шаблонов роста и экспрессии генов пространственно-временных.

Protocol

1. рост Pseudomonas aeruginosa биоплёнки колонии Подготовка среднего бислой пластин Подготовить Триптон 10 г/Л, 10 г/Л агар решение (см. Таблицу материалов) в деионизированной воде. Автоклав для 20 минут остыть до 50-60 ° C на водяной бане. Налейте 45 мл раствора агар Триптон к…

Representative Results

Этот метод создает биопленки, тонко секции которой морфологических особенностей и зон экспрессии генов может быть imaged DIC, флуоресцентной микроскопии и ТЕА. В то время как DIC изображений с помощью 40 X цель погружения нефти может быть достаточно, чтобы показать некоторые …

Discussion

Образцы тканей парафин встраивание и тонко секционирования представляет собой классический гистологический метод, который позволяет изображения микро морфологических структур и широко используется на эукариотических ткани и с некоторым успехом был применен для микробиологических…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана NSF карьеры премии 1553023 и NIH/NIAID премии R01AI103369.

Materials

5 3/4" Pasteur pipette Fisher Scientific 13-678-6A Purchased from univeristy biostores 
Agar  Teknova  A7777
Buchner Aspirator (Vacuum) Flask  Pyrex 5340 Purchased from univeristy biostores 
Chemically-resistant Marking Pen VWR 103051-182 Manufacturer: Leica
Clear Fingernail Polish  ******** ******** Store bought
Congo Red Indicator Grade VWR AAAB24310-14 Manufacturer: Alfa Aesar
Coomassie Blue  VWR EM-3340 Manufacturer: EMD Millipore
TRIS-buffered Mounting Medium (w/ DAPI)  Fisher Scientific 50 247 04 Manufacturer: Electron Microscopy Sciences
Embedding Mold  ******** ******** 3D printed in-house
Embedding Mold (commercial)  Electron Microscopy Sciences 70182
Ethanol 200P Decon Labs, Inc.  2701 Purchased from univeristy biostores 
Fine-tipped Brush ******** ******** Store bought, paint brush
Glass Coverslips 60x22mm Fisher Scientific 12-519-21C
Glass Rehydration Mailer  Ted Pella 21043 20 slide mailer 
Histoclear-II, orange oil-based clearing agent  Fisher Scientific 50 899 90150 Manufacturer: National Diagnostics 
Histosette, Embedding Casette Fisher Scientific 15 182 701A
L-lysine hydrochloride  Fisher Scientific BP386 100
Low Profile Microtome Blades Fisher Scientific 22 210 048 Manufacturer: Sturkey 
Micropipette  VWR 89080-004 Promo-pack
Micropipette Tips  See comments section See comments section p10 (Fisher Scientific, 02 707 469), p200 (VWR, 89079-474), p1250 (VWR, 89079-486)
Microtome  Fisher Scientific 905200U/00016050 Model: HM355S, Manufacturer: Microm, NON-CATALOG, Vendor Catalog # 905200U/00016050
Formaldehyde, 37% Aqueous (Formalin) Ricca Chemical RSOF0010-500A
Paraplast Xtra (paraffin wax) VWR 15159-486 Manufacturer: McCormick Scientific 
Petri Dishes Square 100x100x15mm Laboratory Disposable Products  D210-16
Potassium chloride  EMD Chemicals  PX1405-1 Component of phosphate buffered saline, prepared in-house 
Potassium phosphate  Fisher Scientific P380-500 Component of phosphate buffered saline, prepared in-house 
Razor Blades  VWR 55411-050 Purchased from univeristy biostores 
Slide Warmer  Fisher Scientific NC0865259 NON-CATALOG, Vendor Catalog # 12857D
Sodium chloride  VWR 0241-1KG Component of phosphate buffered saline, prepared in-house 
Sodium phosphate  VWR BDH9296.500 ,Component of phosphate buffered saline, prepared in-house 
Suprafrost Histology Slides  Fisher Scientific 12-544-2
Tissue Flotation Water Bath  Fisher Scientific NC0815797 Manufacturer: Ted Pella, Vendor Catalog # 28156-B
Automatic Tissue Processor  Fisher Scientific 813160U/Q#00009061 Model: STP120 Tissue Processor
Tryptone  Teknova  T9012
Yeast extract Teknova  Y9010

References

  1. Ray, V. A., Morris, A. R., Visick, K. L. A semi-quantitative approach to assess biofilm formation using wrinkled colony development. J. Vis. Exp. (64), e4035 (2012).
  2. Friedman, L., Kolter, R. Genes involved in matrix formation in Pseudomonas aeruginosa PA14 biofilms. Mol. Microbiol. 51 (3), 675-690 (2004).
  3. Okegbe, C., et al. Electron-shuttling antibiotics structure bacterial communities by modulating cellular levels of c-di-GMP. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 114 (26), E5236-E5245 (2017).
  4. Vlamakis, H., Aguilar, C., Losick, R., Kolter, R. Control of cell fate by the formation of an architecturally complex bacterial community. Genes Dev. 22 (7), 945-953 (2008).
  5. Serra, D. O., Richter, A. M., Klauck, G., Mika, F., Hengge, R. Microanatomy at cellular resolution and spatial order of physiological differentiation in a bacterial biofilm. MBio. 4 (2), e00103-e00113 (2013).
  6. Serra, D. O., Richter, A. M., Hengge, R. Cellulose as an architectural element in spatially structured Escherichia coli biofilms. J. Bacteriol. 195 (24), 5540-5554 (2013).
  7. McGlinn, E., Mansfield, J. H. Detection of gene expression in mouse embryos and tissue sections. Methods Mol. Biol. 770, 259-292 (2011).
  8. Choi, Y. S., Kim, Y. C., Baek, K. J., Choi, Y. In Situ Detection of Bacteria within Paraffin-embedded Tissues Using a Digoxin-labeled DNA Probe Targeting 16S rRNA. J. Vis. Exp. (99), e52836 (2015).
  9. James, G., Hunt, A. M. A. Imaging Biofilms in Tissue Specimens. Antibiofilm Agents. , 31-44 (2014).
  10. Madsen, J. S., et al. Facultative control of matrix production optimizes competitive fitness in Pseudomonas aeruginosa PA14 biofilm models. Appl. Environ. Microbiol. 81 (24), 8414-8426 (2015).
  11. Jo, J., Cortez, K. L., Cornell, W. -. C., Price-Whelan, A., Dietrich, L. E. P. An orphan cbb3-type cytochrome oxidase subunit supports Pseudomonas aeruginosa biofilm growth and virulence. bioRxiv. , 171538 (2017).
  12. Fong, J. C., et al. Structural dynamics of RbmA governs plasticity of Vibrio cholerae biofilms. Elife. 6, (2017).
  13. Bertani, G. Lysogeny at mid-twentieth century: P1, P2, and other experimental systems. J. Bacteriol. 186 (3), 595-600 (2004).
  14. Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  15. Dietrich, L. E. P., Teal, T. K., Price-Whelan, A., Newman, D. K. Redox-active antibiotics control gene expression and community behavior in divergent bacteria. Science. 321 (5893), 1203-1206 (2008).
  16. Zupančič, D., Terčelj, M., Štrus, B., Veranič, P. How to obtain good morphology and antigen detection in the same tissue section?. Protoplasma. , (2017).
  17. Priester, J. H., et al. Enhanced visualization of microbial biofilms by staining and environmental scanning electron microscopy. J. Microbiol. Methods. 68 (3), 577-587 (2007).
  18. Boyles, J., Anderson, L., Hutcherson, P. A new fixative for the preservation of actin filaments: fixation of pure actin filament pellets. J. Histochem. Cytochem. 33 (11), 1116-1128 (1985).
  19. Blackburn, M. R. Examination of normal and abnormal placentation in the mouse. Methods Mol. Biol. 136, 185-193 (2000).
  20. Hoffman, E. A., Frey, B. L., Smith, L. M., Auble, D. T. Formaldehyde crosslinking: a tool for the study of chromatin complexes. J. Biol. Chem. 290 (44), 26404-26411 (2015).
  21. Jennings, L. K., et al. Pel is a cationic exopolysaccharide that cross-links extracellular DNA in the Pseudomonas aeruginosa biofilm matrix. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112 (36), 11353-11358 (2015).

Play Video

Cite This Article
Cornell, W. C., Morgan, C. J., Koyama, L., Sakhtah, H., Mansfield, J. H., Dietrich, L. E. Paraffin Embedding and Thin Sectioning of Microbial Colony Biofilms for Microscopic Analysis. J. Vis. Exp. (133), e57196, doi:10.3791/57196 (2018).

View Video