נמטודות Caenorhabditis פראי קשורים חיידקים רבים, לעתים קרובות לומן המעיים או להדביק את המעי. פרוטוקול זה מפרט שיטה להעשרת חיידקים בלתי ניתנים לחישוב המתיישבים במעי, תוך ניצול ההתנגדות של עור דאואר.
אלגנס Caenorhabditis (C. elegans) הוכיח להיות מודל מצוין לחקר אינטראקציות מארח-חיידקים ואת המיקרוביום, במיוחד בהקשר של המעיים. לאחרונה, דגימה אקולוגית של נמטודות Caenorhabditis בר גילה מגוון רחב של חיידקים הקשורים, כולל חיידקים, וירוסים, פטריות, מיקרוסורידיה. רבים של חיידקים אלה יש קולוניזציה מעניינת או פנוטיפים זיהום המצדיקים מחקר נוסף, אבל הם לעתים קרובות בלתי ניתנים לתכלית. פרוטוקול זה מציג שיטה להעשיר את חיידקי המעי הרצויים ב- C. elegans ובנמטוטדות הקשורות ולהפחית את נוכחותם של חיידקים מזהמים רבים ההדבקים בקצרה. פרוטוקול זה כרוך בכפייה על בעלי חיים לשלב הדאואר של ההתפתחות ושימוש בסדרה של שטיפות אנטיביוטיקה וחומרי ניקוי להסרת זיהום חיצוני. מכיוון שלבעלי חיים דאואר יש שינויים פיזיולוגיים המגינים על נמטודות מפני תנאים סביבתיים קשים, כל חיידקי המעי יהיו מוגנים מפני תנאים אלה. אבל, כדי שההעשרה תעבוד, החיידק של העניין חייב להישמר כאשר בעלי חיים מתפתחים לדאוארים. כאשר בעלי החיים עוזבים את במת דאואר, הם מופצים בנפרד לקווים בודדים. אוכלוסיות F1 נבחרות לאחר מכן עבור חיידקים הרצויים או פנוטיפים זיהום ונגד זיהום גלוי. שיטות אלה יאפשרו לחוקרים להעשיר חיידקים בלתי ניתנים לתכלית בלומן המעיים, המרכיבים חלק מהמיקרוביום הטבעי של אלגנים C. ופתוגנים תאיים במעיים. חיידקים אלה ניתן ללמוד לאחר מכן עבור קולוניזציה או פנוטיפים זיהום והשפעותיהם על הכושר המארח.
האורגניזם הגנטי C. elegans הוא מערכת ויוו מצוינת לחקר אינטראקציות בין חיידק מארח1,2. יש להם פיזיולוגיה פשוטה יחסית בהשוואה לבעלי חיים אחרים, אך חלק גדול מהביולוגיה התאית שלהם דומה ביסודו ליונקים מה שהופך אותם למודל טוב למחקר ביולוגי1,3,4. בנוסף, הם מיקרוסקופיים, קלים לתחזוקה ונשארים שקופים לאורך כל תוחלת החיים הקצרה שלהם. מאפיינים אלה מאפשרים מחקרים מהירים לתוך המנגנונים השולטים אינטראקציות מארח-חיידקים והדמיה של זיהום ויוו והתיישבות של המארחים הגשים גנטית5,6. לבסוף, C. elegans מגיב במהירות לזיהומים חיידקיים, פטרייתיים ויראליים, מה שהופך אותם למודל מצוין לחקר אינטראקציות בין חיידקים מארחים לבין חיידקי המעיים7,8,9.
עלייה בדגימה של אלגנים פראיים ונמטודות אחרות אפשרה לחקור את האקולוגיה של נמטודות חופשיות וריאציה גנטית טבעית10,11. במקביל, הדגימה גם הגבירה את הגילוי של פתוגנים ביולוגיים טבעיים ומיקרואורגניזמים המתקשרים עם C. elegans12,13,14,15, מה שהוביל להקמת מערכות מודל מארח-חיידקים רבות שחוקרות אינטראקציות עם וירוסים, חיידקים, מיקרוסקופיות, אומיצטים או פטריות16,17,18,19,20 . בדרך כלל, אלגנים C. פראי נמצא בגבעולים ופירות רקובים, לעתים קרובות באקלים ממוזג יותר, ובעיקר הם מתרבים עצמית21. כאשר דגימות אלה מובאות למעבדה, נמטודות בר מבודדות לאוכלוסיות כלות, נושאות מערך של מיקרוביוטה הקשורה. כאשר מגלים חיידקים חדשים של עניין ב נמטודות Caenorhabditis, בעלי חיים נבדקים לעתים קרובות ישירות עבור זיהום או קולוניזציה על ידי מיקרוסקופיה באמצעות פנוטיפים חזותיים בקלות. לדוגמה, זיהום ויראלי יכול להיות חזותי כהתפוררות של מבני מעיים, ושלבים מיקרוספורידיים ניתן לראות בתוך תאים מארחים כמו נבגים או meronts14,22. כאשר מתגלה חיידק בעל עניין לצורך חקירה עתידית, יש להפרידו משאר החיידקים המזהמים שנמצאו בנמטודות הפרא, כך שניתן יהיה לחקור אותו בבידוד. במקרים רבים, לא ניתן לתרבת את החיידק במבחנה, מה שהופך אותו לחיוני להעשיר את החיידק בנמטודה המארחת.
לדוגמה, פרוטוקול זה מתאר איזולט פראי של C. tropicalis המכיל חיידק המתיישב בתוך לומן המעי של נמטודות, דבק בתאי אפיתל המעי בצורה כיוונית. פנוטיפיקית, החיידק גדל בניצב לאורך הצדדים הפנימיים של לומן המעי, נותן לו מראה דמוי זיפים, הדמיה על מיקרוסקופ נורמרסקי סטנדרטי בכל שלבי החיה, כולל שלב דאואר. צלחת גידול נמטודה (NGM) שעליה גדל זן C. tropicalis הפראי הזה הכילה זיהום גלוי עם חיידקים אחרים. פרוטוקול זה פותח כדי להפחית צמיחה מיקרוביאלית מזהמת נוספת על הלוחות לחקר חיידק דבק לא ידוע זה. הנמטודות אולצו להיכנס לשלב דאואר כדי להגן על החיידקים בלומן, ולאחר מכן ניקו באמצעות סדרה של שטיפות. לאחר מכן, מינים חיידקיים לא ידועים זוהו על ידי ניתוח של המעיים והגברת PCR של ה- DNA ריבוזומלי 16S לרצף.
בסך הכל, פרוטוקול זה יכול להעשיר כל חיידק של עניין הקשור נמטודה שנתפסה בטבע. לאחר מכן, החוקרים יזהו את חיידק היעד, דמיינו בזיהום ויוו או פנוטיפים קולוניזציה באמצעות מיקרוסקופיה, ויחקרו השפעות על כושר המארח או היבטים אחרים של אינטראקציות בין מארח למיקרואורגניזמים. הבידוד והחקירה של מינים מיקרוביאליים חדשניים המקיימים אינטראקציה עם נמטודות Caenorhabditis יכולים לחשוף את המנגנונים הגנטיים של חסינות מארח ופרדיגמות חדשניות של אינטראקציות בין חיידקים מארחים הרלוונטיים למחקרי פתוגנזה מיקרוביאלית ומיקרוביום.
פרוטוקול זה מתאר בידוד וזיהוי של חיידקים מ נמטודות Caenorhabditis מבודד בטבע באמצעות סדרה של הליכי ניקוי. חיידקים רבים קשורים לנמטודות מבודדות בטבע, ולחלקם יש פנוטיפים מרגשים שניתן להשתמש בהם למחקרים עתידיים באינטראקציות בין חיידקים מארחים וחסינות מולדת. חיידקים רבים הניתנים לריפוי וחיידקים פתוגניים מבודדים מנמטודות קאנוהבדיטיס פראיות בטכניקות סטנדרטיות לצמיחה חיידקית במבחנה25,26. עם זאת, לא כל החיידקים יכולים להיות מתורבתים במבחנה, וזה הופך להיות הכרחי כדי להעשיר אותם נמטודות בר. חיידקים מסוימים יש שלב נבגים עמיד, כגון microsporidia, וריכוזים גבוהים של SDS יכול לשמש כדי להרוג את רוב החיידקים והפטריות, המאפשר העשרה ספציפית של נבגים12. פרוטוקול זה מציג שיטה להעשרת חיידקי מעיים בלתי ניתנים לחישוב שאינם עמידים ל- SDS וטיפול אנטיביוטי.
הטכניקה המוצגת כאן מנצלת את ההתנגדות הסביבתית הנראית בבעלי חיים דאואר עקב שינויים פיזיולוגיים כגון חיזוק הקיטור, דיכוי שאיבת הלוע וכיסוי הפה בתקע בוקל27. צעד קריטי בפרוטוקול זה הוא דגירה בין לילה עם אנטיביוטיקה שונים ו 0.25% SDS. שלב זה משמש להריגת כל החיידקים החיצוניים תוך השארת חיידקים פנימיים ללא פגע. בעוד C. elegans dauers הוכחו לשרוד ריכוזי SDS גבוהים ב 10% במשך 30 דקות 27, פרוטוקול זה משתמש דגירה מתונה אך ממושכת לא רק להרוג חיידקים אבל לחשוף עוד יותר חיידקים לאנטיביוטיקה. יתר על כן, ריכוז מתון של SDS יכול לעזור להבטיח כי dauers ממיני Caenorhabditis אחרים לשרוד, כמו חשיפה של C. טרופי ל 1% SDS לילה הביא למותם של כל בעלי החיים דאואר. אם כל dauers למות, אז הריכוז של SDS ו / או את אורך החשיפה SDS צריך להיות מופחת. לעומת זאת, אם לוחות הדור F1 עדיין יש זיהום גלוי לאחר ניקוי, ריכוז SDS וזמן הדגירה צריך להיות מוגבר.
צעד קריטי נוסף הוא בידוד של בעלי חיים דאואר יחיד לאחר ניקוי. צעד זה הוא קריטי כמו לא כל בעלי החיים נקיים לאחר SDS וטיפול אנטיביוטי. לכן, בעלי החיים ממוקמים במרכז צלחת NGM 10 ס”מ עם OP50-1 ומותר לזחול רדיאלית כלפי חוץ. לעתים קרובות עדיף לבחור בעלי חיים דיסטליים יותר, כמו זחילה ממושכת דרך OP50-1 נראה לעזור להסיר כל חיידקים פוטנציאליים ששרדו מחוברים לחיתוך. עם זאת, זה מוביל להגבלת הפרוטוקול, שכן זה יהיה מאתגר יותר להעשיר עבור חיידק של עניין אם זה לא קיים באוכלוסייה בתדירות גבוהה. כאן, אלפאפרוטאובקטריה דבקה היה נוכח 90%-95% מהאוכלוסייה; לכן, רוב הצלחות הנקיות היו חיידק המיקרוביום. עם זאת, אם חיידק של עניין קיים בתדר נמוך בהרבה באוכלוסייה, ייתכן שיהיה צורך לסנן לוחות F1 רבים יותר.
פרוטוקול זה יכול לשמש ככל הנראה כדי לבודד כל מספר של חיידקים שאינם ניתנים לפולחן של עניין שנמצאו בנמטודות בר. עם זאת, החיידק חייב להיות ברקמה מוגנת על ידי עור דאואר, מסוגל לשרוד בבעלי חיים דאואר, ויש לי פנוטיפ נצפה בפונדקאי. ככזה, טכניקה זו יכולה לשמש להעשרת חיידקי מיקרוביום אחרים בלומן המעי מלבד מינים Alphaproteobacteria המתוארים כאן, כולל חיידקים שאינם לדבוק. כמו כן, הפרוטוקול שימש להעשרה עבור חיידק תאיים פקולטי, Bordetella atropi, אשר מדביק את nematode Oscheius tipulae28. לאחר העשרה, B. atropi נמצא ליצור מושבות על לוחות NGM, מראה כי חיידק של עניין עשוי להתגלות להיות culturable במבחנה פעם מזהמים גדל מהר יותר מוסרים. טכניקה זו ככל הנראה תעבוד עבור מיקרוספרואידים ווירוסים, כולל וירוס Orsay, בהתחשב ביכולת זו להעשיר חיידק תאי. עם זאת, חיידקים אלה חייבים להיות מסוגלים לשרוד את המעבר אל ומחוץ לדאוור.
חשוב לזכור כי בעוד פרוטוקול זה יכול להתבצע במעבדה Biosafety רמה 1, טכניקה סטרילית חייבת להישמר לאורך כל הדרך כדי למנוע זיהום מיקרוביאלי נוסף. הפרוטוקול יכול להשתנות בהתאם לצרכי החוקר, כולל סוגים / ריכוזים של אנטיביוטיקה, אחוז SDS, ו / או תוספת של antifungals כגון nystatin. לעתים קרובות, מספר החיידקים המזהמים שנמצאו בנמטודה מבודדת בטבע יכול להשתנות באופן דרמטי. כאן, האובדן לכאורה של צמיחת non-OP50-1 E. coli על לוחות NGM שימש לקריאה עבור זן נמטודה נקי. אבל, ייתכן שיש אוכלוסיות שאינן פולחן של חיידקים מזהמים נוכחים, ולכן זה חיוני כדי לנהל שיטת metagenomics כגון 16S rRNA רצף אמפליסון כדי לראות את היקף הזיהום26. לאחר ניקוי זן התולעת, ניתן להקפיא אותו ולאחסן אותו למחקרים עתידיים. בסך הכל, פרוטוקול זה מאפשר לחוקרים להעשיר חיידקים בלתי ניתנים לתכלית בנמטודות בר, ומאפשר להם לחקור השפעות על כושר המארח, לאפיין פנוטיפים של קולוניזציה או זיהום, ולנצל כלים גנטיים כדי להבין את המנגנונים שבבסיס אינטראקציות בין מארח למיקרובים.
The authors have nothing to disclose.
תודה לד”ר כריסטיאן בראנדל ולמרכז הלאומי דה לה רשצ’ה סיאנטיפיק (CNRS) תחנת שדה נוראגס.
Agarose | Fisher Scientific | BP1356 | |
10% SDS | Invitrogen | AM9822 | |
BD PrecisionGlide Needle – 26 G | Fisher Scientific | 305115 | |
Carbenicillin | Millipore-Sigma | C1389-1G | |
Cefotaxime | Millipore-Sigma | C7039-500mg | |
Chloramphenicol | Millipore-Sigma | C0378-25G | |
DNA Clean and Concentrator Kit | Zymo Research | 11-303C | |
DreamTaq Polymerase | Fisher Scientific | EP0711 | |
Gentamycin | Millipore-Sigma | G1264-250mg | |
Kanamycin | Millipore-Sigma | K1876-1G | |
KH2PO4 | Fisher Scientific | P-286 | |
NaCl | Fisher Scientific | S-671 | |
NH4Cl | Fisher Scientific | A-661 | |
Streptomycin | Millipore-Sigma | S6501-50G | |
Tetracyclin | Millipore-Sigma | T7660-5G | |
Triton X-100 | Fisher Scientific | BP-151 | |
Watch glasses | VWR | 470144-850 |