設計と低コストの使用、自動Morbidostat細菌の適応進化のための抗生物質選択下

最初の抗生物質ペニシリンの導入以来、微生物の抗生物質耐性は、世界的な健康問題¹へと発展しています。抗生物質耐性の獲得が遡及的in vivoで研究することができるが、これらの実験の条件は、多くの場合、全体の進化²を通じて制御されていません。あるいは、適応実験室進化は抗生物質³から、環境ストレスまたは選択圧下微生物種の分子進化を明らかにすることができます。最近、抗生物質耐性の多くのよく制御された進化実験は、抗生物質耐性の出現を明らかにしています。たとえば、オースティンのグループが適切に設計されたマイクロ流体区画環境⁴の急速な出現を示しました。最近開発されたmorbidostatは、薬剤選択圧^5,6の下で体系的突然変異を誘発します。 morbidostat、微生物セレク連続してほぼ一定の人口を維持するために抗生物質濃度を調整ションデバイスは、微生物学^7,8で使用される変動試験から大きな進歩です。変動試験では、抗生物質を高濃度で注入し、生存変異体をスクリーニングし、計数します。その代わりに、morbidostat中の微生物は、常に挑戦し、複数の変異を獲得しています。

morbidostatはケモスタット、微生物集団^9を希釈しながら継続的に栄養を供給することにより一定の人口を維持し、1950年にNovickとSzliardによって発明された培養装置と同様に動作します。導入以来、ケモスタットが進められ、改善されました。現在のマイクロ流体ケモスタットは、ナノリットルおよび単一セルの容量に達しています。しかしながら、これらのデバイスは、多くの変異事象^10,11を有する大きな細胞集団を必要とする適応進化の実験には適していません。最近、ミニ〜10ミリリットルの作業容量でケモスタットもリットル規模のバイオリアクターおよびマイクロ流体ケモスタット^12,13の間のギャップを埋めるために開発されてきました。

ここでは、抗生物質耐性の研究のための低コスト、自動化されたmorbidostatの設計および使用を提示します。提案されたモジュールは、最小限のハードウェア要件を有する微生物実験室でシェーカーインキュベーター内で使用することができます。オープンソースのファームウェアも簡単に、このような代謝工学³として適応進化の特定の用途に合わせて調整されます。最後に、morbidostatは、抗生物質感受性試験¹⁴用の多重マイクロ流体プラットフォームに統合されています。