Ontwerp en gebruik van een Low Cost, Automatiseren Morbidostat voor Adaptive evolutie van bacteriën onder antibioticum selectie

Sinds de introductie van het eerste antibioticum penicilline heeft microbiële resistentie ontwikkeld tot een wereldwijd gezondheidsprobleem ^1. Hoewel de overname van antibioticaresistentie achteraf kan worden bestudeerd in vivo, zijn de voorwaarden van deze experimenten vaak niet gecontroleerd door de hele evolutie ^2. Als alternatief kan adaptieve laboratorium evolutie van de moleculaire evolutie van een microbiële soort in het kader van milieu-invloeden of selectiedruk onthullen van een antibioticum drug ^3. Onlangs hebben veel goed gecontroleerde evolutionaire experimenten van antibiotica-resistentie het ontstaan ​​van resistentie tegen antibiotica drug opgehelderd. Bijvoorbeeld, Austin's groep toonde snelle opkomst in een correct ontworpen microfluïdische gecompartimenteerd milieu ^4. De recent ontwikkelde morbidostat induceert systematische mutaties onder drug selectiedruk ^5,6. De morbidostat, een microbieel Selectie-apparaat dat continu aanpast het antibioticum concentratie een bijna constante bevolking te behouden, is een grote stap voorwaarts van de fluctuatie-test gebruikt in de microbiologie ^7,8. In de fluctuatie test wordt een antibioticum ingespoten in een hoge concentratie, en de overlevende mutanten onderzocht en geteld. In plaats daarvan, microben in een morbidostat worden voortdurend uitgedaagd en het verwerven van meerdere mutaties.

De morbidostat werkt op dezelfde wijze als de chemostaat, een cultuur apparaat uitgevonden door Novick en Szliard in 1950, dat een constante populatie onderhoudt door voortdurend het leveren van voedingsstoffen, terwijl het verdunnen van de microbiële populatie ^9. Sinds de introductie heeft de chemostaat naar voren gebracht en verbeterd. Huidige microfluïdische chemostaten hebben nanoliter en single-cell capaciteit bereikt. Maar deze inrichtingen zijn niet geschikt voor adaptieve evolutie experimenten, die een grote celpopulatie met vele mutatie gebeurtenissen ^10,11 vereisen. Onlangs, mini-chemostaten met werkende volumes ~ 10 ml zijn ontwikkeld in de spleet tussen literschaal bioreactoren en de microfluïdische chemostaat ^12,13 te vullen.

Hier presenteren we het ontwerp en gebruik van een low-cost, geautomatiseerde morbidostat voor een antibioticum resistentie tegen geneesmiddelen studie. De voorgestelde module kan worden toegepast in een shaker incubator in een microbiologisch laboratorium met minimale hardware vereisten. De open source firmware ook gemakkelijk afgestemd op specifieke toepassingen van adaptieve evolutie, zoals metabolic engineering ^3. Tenslotte wordt de morbidostat geïntegreerd in een gemultiplexte microfluïdische platform antibiotische gevoeligheidstests ^14.