The deferred growth inhibition assay can be used to assess the competition effect by one bacterial isolate on another. Inhibition is quantified by measuring the zone of clearing around the inhibitor-producing isolate, or qualitatively assessed by determining the visible extent of inhibition.
Competitive exclusion can occur in microbial communities when, for example, an inhibitor-producing strain outcompetes its competitor for an essential nutrient or produces antimicrobial compounds that its competitor is not resistant to. Here we describe a deferred growth inhibition assay, a method for assessing the ability of one bacterium to inhibit the growth of another through the production of antimicrobial compounds or through competition for nutrients. This technique has been used to investigate the correlation of nasal isolates with the exclusion of particular species from a community. This technique can also be used to screen for lantibiotic producers or potentially novel antimicrobials. The assay is performed by first culturing the test inhibitor-producing strain overnight on an agar plate, then spraying over the test competitor strain and incubating again. After incubation, the extent of inhibition can be measured quantitatively, through the size of the zone of clearing around the inhibitor-producing strain, and qualitatively, by assessing the clarity of the inhibition zone. Here we present the protocol for the deferred inhibition assay, describe ways to minimize variation between experiments, and define a clarity scale that can be used to qualitatively assess the degree of inhibition.
Bacteria living in communities compete at the interspecific and intraspecific level for space and nutrients 6. Competition between microbes can often lead to exclusion of particular species or strains within a community. Exclusion can be due to competition for a particular receptor or nutrient, or the production of an antimicrobial compound by a member of the community 6.
Studies investigating competitive exclusion frequently examine the presence and absence of species using 16S rRNA sequencing 3,4,13. However, intraspecific trait variation, for example the presence or absence of antimicrobial peptide production, can hugely impact the ability of one species to inhibit another 1. Since 16S rRNA sequencing cannot distinguish between strains of the same species, intraspecific trait variation cannot be assessed. The technique described here can be used to assess the potential of individual strains to exclude other bacteria. This method has previously been used to show a positive correlation between the presence of Staphylococcus aureus inhibitory bacteria and the absence of S. aureus in a nasal community 7.
The deferred growth inhibition (competition) assay can identify production of antimicrobial compounds or nutrient competition by the inhibitor strain. It can also detect positive interactions, whereby the presence of the inhibitor strain actually improves the growth of the competitor strain. This assay can be used to create quantitative data (zone of clearing size) and qualitative data (degree of inhibition), both of which can be overlaid onto data of the presence or absence of a species within a community to find correlations between phenotype (trait) and competitive exclusion 7.
Een kritische stap van deze bacteriesoorten concurrentie protocol dat het zich onderscheidt van anderen, is de nacht incubatie van de remmer te isoleren voor toevoeging van de concurrent te isoleren. De remmer stam moet deze groei periode remmende verbindingen te produceren. Als de deelnemer stam overlay bovenop hetzelfde medium, deze methode kan de onderzoeker om het volledige potentieel observeren van de remmer stam belemmeren de groei van de stam concurrent. Daardoor deze test geeft wat er gebeurt met de natuur; één isolaat is volledig vastgesteld in een nis, en de andere moet kunnen elk remmend variabelen op te heffen kunnen succesvol binnenvallen niche.
Er zijn twee delen van dit protocol dat de meeste kans om foutieve resultaten veroorzaken bij verkeerd uitgevoerd. Ten eerste kan onvolledige sterilisatie van de verdamper flessen introduceren besmettende bacteriën in de assay. Incubation van de bouillon gebruikt om de verdamper fles in stap 3,6 spoelen met een steriel vat kan worden gebruikt voor flessen werden volledig bevestigd gesteriliseerd. Extra wassingen in desinfecterende oplossingen, zoals Virkon kan voorafgaand worden gebruikt om het wassen in oppervlakteactief reinigingsmiddel, in stap 3.2, als extra sterilisatie vereist.
Een tweede stap die onjuiste resultaten kan leiden is de verdunning van de deelnemer stam (stap 6,1). Indien de verdunningslucht niet optimaal, duidelijk metingen van remming mogelijk niet goed vastgesteld. Deze test werd geoptimaliseerd met behulp van verschillende nasale isolaten als remmer-producerende stammen in een breed scala van Gram-positieve en Gram-negatieve soorten versus S. aureus SH1000 als concurrent stam 7,8. Het is vervolgens getest met behulp van verschillende coagulase-negatieve en coagulase-positieve stafylokokken als concurrent en remmer-producerende stammen. Bij het testen van andere dan de hierboven beschreven als concurrent generastam, kunnen sommige optimalisatie van de verdunning van het inoculum nodig.
Als duidelijkheid scores aanzienlijk verschillen tussen herhalingen, kan het nodig zijn om de deelnemer stam inoculum standaardiseren door hem op een specifieke extinctie. Dit zal echter de tijd neemt de test op te zetten, en zal waarschijnlijk een aantal stammen verminderen kan verwerken per experiment te verhogen. Visueel aanpassing van de kweek aan een geschikte OD met een McFarland-standaard kan een snel alternatief.
Een beperking van deze techniek is dat het alleen kan worden toegepast op kweekbare bacteriën. Dit is de reden waarom veel studies gebruik 16S rRNA sequencing om concurrerende uitsluiting interacties 3,4,13 voorspellen. Echter, genetische en metagenomic technieken alleen onderscheiden leden van de gemeenschap om de soort niveau, en / of niet goed zijn voor het bijzonder kenmerk intraspecifieke variatie. Het is mogelijk om te screenen op de associatie van een particular gen dat een eigenschap van de aanwezigheid of afwezigheid van een bacteriesoort 5 codeert, maar dit vereist voorkennis van een gen waarschijnlijk geassocieerd met uitsluiting van een soort.
Een veiligheidsoverweging van deze techniek is dat door de aërosolvorming van bacteriën, het kan alleen worden gebruikt in laboratoria met een niveau 2 veiligheidskast, of vergelijkbare veiligheidsmaatregelen. Er zijn alternatieve technieken om te testen voor de concurrentie tussen isolaten die goed zijn voor intraspecifieke trait variatie en niet aërosolen van bacteriën te genereren. Een dergelijke werkwijze is de gelijktijdige antagonisme test 2. In deze werkwijze wordt een inoculum van één isolaat uitgespreid op een agarplaat en een tweede isolaat inoculum wordt gespot of gestoken geplaatst nadat de eerste is opgedroogd. Dit zou een omgeving waar de stammen zijn in directe concurrentie (gelijktijdig antagonisme) te produceren, zowel concurreren om remmende verbindingen produceren en te vangen voedingsstoffen eerste. de advantage van de uitgestelde groeiremming test over de gelijktijdige antagonisme test is dat de remmer isolaat altijd zou moeten hebben het concurrentievoordeel van wordt volledig vastgesteld vóór de invasie van de concurrent te isoleren. Dit is weerspiegelt wat in het milieu zou gebeuren, zoals in de meeste niches, wordt één isolaat worden vastgesteld voordat andere stam wordt toegevoegd, in plaats van twee isolaten wordt toegevoegd tegelijkertijd 8.
Een ander alternatief om aërosolvorming van bacteriën te voorkomen is om de deelnemer isoleren topagar, die kunnen worden gegoten en niet gesproeid via remmer isolaat voegen. De omvang van top agar toegevoegd zou moeten ongeveer 3 ml tot gelijkmatige verdeling van de plaat waarborgen. Binnen dit volume, zou de deelnemer isolaat niet groeien op dezelfde media als de remmer isolaat, dus niet lijdt aan een verminderde voedingsstoffen. De concurrent zou ook niet in direct contact met een remmende verbindingen until ze verspreid in de top agar. Bij een dergelijke bepaling niet kon worden omschreven als uitgestelde remming of gelijktijdig antagonisme.
Een soortgelijke werkwijze is eerder gebruikt om de niveaus van resistentie bij klinische bacitracine S. beoordelen aureus isolaten 10. Het belangrijkste verschil tussen de hier beschreven protocol en beschreven door 10, is de laatste alleen geclassificeerd concurrent stammen zo gevoelig (compleet inhibition- duidelijkheid score 0) of resistent (gedeeltelijke geen inhibition- duidelijkheid score 1-5). De latente groeiremming assay kan derhalve worden gebruikt om te screenen op mate van resistentie voor producenten van bepaalde antimicrobiële, of zelfs om te zoeken naar nieuwe antibiotica actief tegen multiresistente pathogenen.
Er is gesuggereerd dat de host microflora worden gemanipuleerd om ongewenste leden van de bacteriegemeenschappen 9 elimineren. Toepassing van Corynebacteria of stafylokokylococcus epidermidis reeds aangetoond dat S. elimineren aureus kolonisatie in de neusgaten in een aanzienlijk deel van de bevolking 11,12. Studies in specifieke stammen die concurrerend kan uitsluiten ongewenste lid van de ontvangende flora, door middel van technieken zoals hier beschreven, kan derhalve leiden tot toekomstige therapieën.
The authors have nothing to disclose.
JCM wordt gefinancierd door een BBSRC-IPA award met Unilever Plc (BB / L023040 / 1). HAG wordt gefinancierd door een Saoedische ministerie van Hoger Onderwijs PhD studententijd.
Brain heart infusion broth | Lab M | lab049 | rich general purpose media |
agar-agar | Merck Milipore | 101614 | |
petri dishes | Sarstedt | 82.1473.001 | |
plastic perfume vaporizer | not known | – | 10 cm high with 3.5 cm diameter clear plastic spray bottle with lid, purchased from the travel section of a supermarket |
Universal bottles | no longer in production, alternative SLS BOT5006 | 28 ml glass cylindrical bottle (approx 280 mm diameter, 850 mm height), flat bottomed with plastic screw cap | |
Decon 90 | Decon | surface active cleaning agent |