液体培養物を成長させたストレプトマイセスの小型不均質である菌糸体ペレットを特徴とする。ここでは、ハイスループット様式で、このようなペレットを分析し、分類する方法を記載する。これらのペレットは、成長の不均一性を理解し、制御するためのリードを提供し、更なる分析のために使用することができる。
ストレプトミセス、酵素および抗生物質の産生のために産業界で使用されている糸状土壌細菌である。バイオリアクター中で増殖させた場合、これらの生物は、サイズが不均一であるペレットとして知られている相互接続された菌糸のネットワークを形成する。ここでは、複合オブジェクトパラメトリック·アナライザおよびソーター(COPAS)を使用して菌糸体ペレットを分析し、ソートする方法を説明します。詳細な手順は、機器の使用やデータの基本統計分析のために与えられている。我々はさらに、ペレットは、このようなRNAまたはタンパク質含有量の分析として、下流の処理を可能にする、ユーザー定義の設定に応じて並べ替えることができます方法について説明します。異質な成長の基礎となるメカニズムが取り組むことができるこの方法を使用して。これは、生産性ペレットサイズと相関することを考慮し、セルファクトリーとしてストレプトミセスを改善するための器械であろう。
放線菌は、糸状土壌ウェル抗生物質を作るためにそれらの技能のために知られている細菌、ならびに免疫抑制剤として使用され得るか、または真菌感染または癌と闘うために、1,2の化合物である。加えて、これらの生物は、工業的用途3広範囲の関心のある酵素を産生する。これらの商業的に興味深い化合物のほとんどは、バイオリアクター中で産生される。バイオリアクターにおける放線菌の成長は、塊又はペレットとして知られている相互接続された菌糸の複雑な構造の形成によって特徴付けられる。これらの多細胞構造は、サイズが4に関して非常に不均一であり、そのような大腸菌や枯草菌などの単細胞の細菌よりも以上万回大きいサイズに到達することができます。異質性は、自然生物系5で有益な形質とみなされているが、業界では生産の落とし穴と考えられている。バイオ原子炉の栽培は可能な限り高い収率を得る再現可能かつ制御可能でなければならない。バイオリアクター中のペレットタイプのそれぞれの役割についての詳細な理解は、細胞工場としてストレプトミセスを向上させることが非常に重要です。
フローサイトメトリーは、一般集団6に個々の細胞を分析するために使用される。フローサイトメーターは、同時に(例えば、大きさ、密度、および多色蛍光のような)細胞の特徴を測定することによって、マルチパラメータ情報を取得することができる。このようにして、電池特性ことにより培養し、細胞内で異質6の別個の集団の存在についての我々の理解に寄与する相関させることができる。より専門的な楽器により、ユーザが定義したパラメータに応じて細胞を選別することを可能にした。例えば、変異体をスクリーニングすることができる。ソーティングの後、このような変異体細胞は、さらなる特徴付けのために培養することができる。これはすでに、とりわけ、有用であることが証明されている、株7,8の生産性を向上させる。フローサイトメーターのノズルは、一般的に約10μmの最大直径を持つ細胞を通過させる。従って、ストレプトミセスのペレットは、通常のフローサイトメーターで分析することができない。しかしながら、それらは複合オブジェクトパラメトリックアナライザーソーター(COPAS)で分析することができる。定期的なフローサイトメータと同様に、COPASは、ハイスループット様式での粒子のマルチパラメータデータを取得することができる。 COPASの種類に応じて10-1,500ミクロンサイズの粒子を分析することができる。また、例えば、DNA、RNA、またはタンパク質の単離などの栽培又は下流の分析に使用することができる個々の粒子の選別を可能にする。 COPASは当初、このような線虫線虫(Caenorhabditis elegans)9、およびショウジョウバエの胚および幼虫10の小さな多細胞生物の分析およびソートのために設計されました。器具はまた、ゼブラフィッシュ11aが使用されてきた糸状菌12,13のために購入する。後者の生物はまた、糸状菌によって形成されるものよりもさらに大きい菌糸ペレットを形成する。我々は最近、COPASの使用は、ストレプト4についても可能であることを実証した。ここでは、サイズに応じて、ペレットをソートする方法論上の詳細を含め、 ストレプトマイセス·ペレットの不均一性を評価するためにCOPASを使用するための実験手順について説明します。この方法はまた、他のペレットを形成するストレプトミセスの分析のために使用され得ることは、注意してください。
クローン集団6に異質の我々の理解に貢献した、単一の多数の細胞を高速に分析を可能にしたフローサイトメトリー。定期的なフローサイトメトリーは、放線菌や真菌の菌糸体多細胞ペレットの分析のための現実的ではありません。我々の研究は、 ストレプトマイセス·ペレットの高スループット分析がCOPASを用いて実現可能であることを実証した。ここで説明する手順は簡単、迅速、かつ再現性が高い。機器の操作中に心に留めておくべき重要なパラメータは、100イベント/秒(本プロトコールのステップ3.8)を超えないようにしてください流速、である。ペレット濃度、および従って、流速が高くなりすぎた場合、器具は、個々のペレットの検出に失敗したため、TOF値が正しく計算される。十分にPBSを添加することによって試料を希釈することで、この問題を克服する。
制限事項
COPASプラス使用ここでdは30-700ミクロンの範囲のサイズを有する粒子を測定するのに適した1mmのノズル径を有する。このノズルは、したがって、放線菌によって形成されたペレットを測定することができます。糸状菌の場合には、マイクロコロニーはCOPASプラスの一般的な適用性を制限する、大きくてもよい。 COPAS XLサイズは1500ミクロンまでの粒子を測定することができますが、径の範囲内で、その感度はCOPASプラスに比べて少ない。 COPAS PlusとCOPAS XLの両方が30ミクロン未満の粒子を分析することはできません。これは、個々の微生物の胞子または細胞を分析することができないことを意味する。また、COPAS正確胞子および細胞または非常に小さいマイクロコロニーの小さな凝集を分析しないことがあります。このために、定期的なセルアナライザーを使用する必要があります。この制限は1-1,500ミクロンの範囲の粒子を分析することができ連合BiometricaのBiosorterによって克服される。購入賞は、しかし高い。
意義と今後の方向性
ここでは、ペレットの大きさの分析に焦点を当てたが、COPASセットアップも分析することができ、並べ替えの蛍光と密度に基づいています。蛍光検出は、GFPなどのレポーターに基づく遺伝子発現を解析することを可能にします。さらに、細胞の組成物を評価することができる。さらに強力なこれらのパラメーターに応じてペレットを分離するオプションがあるTERS。ソートされたペレットは、全オミクス研究を含む下流の分析のために使用することができる。確かに、我々は以前60,000大型20万の小さなペレットをソートされ、プロテオームは、大小のペレット4の間に有意差があったことを明らかにした。この技術は、したがって、細胞工場としてストレプトミセスを向上させるために新たなリードを提供します。
COPAS技術の主な利点は、時間です。細胞ペレット上の以前の研究は、顕微鏡を用いて行われ、これは数百16まで分析することができるペレットの数を制限した。顕微鏡研究は、すでに液体成長ストレプトミセス培養 16内のペレットの2集団が存在することを示唆した。実際に、ペレットの二つの集団は、異なるストレプト4多数のかかわらず、培養条件の検出された。このサイズの不均一性は糸状放線菌に限定されるものではなく、糸状菌12で観察された</ SUP>。全ての場合において、不均一性の根本的なメカニズムはまだ知られていない。ペレットをソートする可能性は大きさや蛍光によるこのようなメカニズムを解明することを可能にします。
The authors have nothing to disclose.
Copas PLUS | Union Biometrica | PLUS | Large particle flow cytometer including lasers and software |
NaCl | Sigma Aldrich | S3014 | PBS component |
KCl | Sigma Aldrich | P9541 | PBS component |
Na2HPO4 | Sigma Aldrich | S3264 | PBS component |
KH2PO4 | Sigma Aldrich | P9791 | PBS component |
Difco Yeast Extract | BD Biosciences | 210933 | Media component |
Bacto Peptone | BD Biosciences | 211677 | Media component |
Oxoid Malt Extract | Fisher Scientific | OXLP0039B | Media component |
Glucose | Sigma Aldrich | G8270 | Media component |
Sucrose | Sigma Aldrich | S9378 | Media component |
MgCl2.6H2O | Sigma Aldrich | M2670 | Media components. Add after autoclaving. |
Formaldehyde Solution | Sigma Aldrich | F8775 | Fixation of pellets |
Sodium Hypochlorite Solution | Sigma Aldrich | 71696 | For cleaning of the instrument |
EtOH | VWR | 20816.367 | For cleaning of the instrument |
Erlenmeyer Flask (250 ml) | Fisher Scientific | 214-1132 | Culture flask for growing Streptomyces |
Springs | Verenfabriek De Spiraal | Custom-Made | Used in culture flask. RVS1.4401/Length 210 mm/Diameter 17 mm/Pitch 5 mm |
Sterile Centrifuge Tube (15 ml) | Sarstedt | 62.554.002 | |
Syringes (50 ml) | Sigma | Z683698 |