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.
他人からそれを区別し、この細菌種の競争プロトコルの重要なステップで、阻害剤の一晩のインキュベーションは、競合他社の単離物の添加前に隔離される。阻害剤の株は、阻害化合物を生成するために、この成長期間を必要とします。競合株を同一培地の上にオーバーレイされているように、この方法は完全な可能性を観察するための研究を可能にします 競合他社の株の増殖を妨害する阻害剤株の。その結果、このアッセイは、自然と何が起こるかを反映しています。 1分離株は完全にニッチに設立され、他方が正常にニッチに侵入することができるように、任意の阻害変数に対抗することができなければなりません。
誤って行うと、誤った結果を引き起こす可能性が最も高いこのプロトコルには2つの部分があります。まず、気化器ボトルの不完全な滅菌は、アッセイに細菌の混入導入することができます。 Incu滅菌容器に、ステップ3.6において気化ボトルを洗浄するために使用される培養液のbationを完全に滅菌したボトルを確認するために使用することができます。追加の殺菌が必要な場合などVirkonなどの消毒剤溶液中での追加の洗浄は、ステップ3.2で説明した界面活性洗浄剤で前洗浄に使用することができます。
誤った結果を引き起こす可能性がある第二段階は、競合他社株(ステップ6.1)の希釈です。希釈が最適でない場合には、阻害の明確な測定が容易に決定されなくてもよいです。このアッセイは、阻害剤を産生するS.対グラム陽性およびグラム陰性種の幅広い株をなど、様々な鼻の分離株を用いて最適化しました競合他社株7,8として黄色ブドウ球菌 SH1000。続いて、それを競合他社と阻害剤生産菌として様々なコアグラーゼ陰性とコアグラーゼ陽性ブドウ球菌を使用してテストされています。競争相手として上述したもの以外の属のテスト時株は、接種物のための希釈のいくつかの最適化が必要になることがあります。
透明度スコアは繰り返しの間で大幅に変化した場合、特定の光学密度に設定することで、競合他社株接種物を標準化する必要があるかもしれません。しかし、これは、アッセイがセットアップにかかり、実験ごとに処理することができる株の数を削減する可能性がある時間が長くなります。視覚的に迅速な代替手段を提供することができるマクファーランド標準を使用して、適切なODに培養物を調整します。
この手法の1つの制限は、それが唯一の培養可能細菌に適用することが可能です。多くの研究は競争的排除の相互作用3,4,13を予測するために、16S rRNAの塩基配列決定を使用する理由です。しかし、遺伝的およびメタゲノム技術が唯一の種レベルにコミュニティのメンバーを区別することができ、および/または特定の種内の形質変化を考慮していません。 particulの関連性についてスクリーニングすることが可能です細菌種5の有無に形質をコードするAR遺伝子が、しかし、この種の排除と関連する可能性が高い遺伝子の事前知識を必要とします。
この技術の安全性の考慮事項は、細菌のエアロゾル生成のために、それが唯一のレベル2の安全キャビネットに研究室で使用される、または類似の安全上の注意事項を説明することができ、ということです。種内特性ばらつきを考慮し、菌のエアロゾルを発生させない分離株との間の競合をテストするための代替技術があります。そのような方法の一つは、同時拮抗アッセイ2です。この方法では、1分離株の接種材料を寒天プレート上に広げられ、最初は乾燥させた後に第二の分離株の接種材料は、上部にスポットまたは刺されています。これは、両方の阻害化合物を生成し、最初の栄養素を捕捉するために競合する、株は直接競合(同時拮抗作用)にある環境を生成することになります。 advantag同時拮抗アッセイを超える繰延増殖阻害アッセイのeは阻害剤の分離株は、常に完全に競合分離株の侵攻前に確立されているの競争上の優位性を持っているべきであるということです。これは、別の歪みが追加される前に、ほとんどのニッチでは、1分離株ではなく、2つの単離は、同時に8で追加されているよりも、確立されるように、環境に何が起こるかをより反映しています。
細菌のエアロゾル発生を回避するための別の方法として、注ぎよりもむしろ阻害剤の単離物の上に噴霧することができたトップアガー、に分離する競技者を追加することです。しかし、追加されたトップ寒天の量は、プレートの偶数カバレッジを確保するために、約3 mlであることが必要であろう。このボリューム内では、競合他社の分離株は、阻害剤の分離株と同じメディア上に成長されることはないので、縮小栄養素苦しむないだろう。競技者はまた、UNT任意の阻害化合物と直接接触しないであろう彼らはトップアガー中に拡散IL。このようなアッセイは、繰延阻害または同時拮抗作用として記述することができませんでした。
同様の方法は、以前の臨床S.間バシトラシン耐性のレベルを評価するために使用されています黄色ブドウ球菌は 10を分離します。プロトコル間の主な違いは、ここで説明し、それが10で説明した、などの機密(スコア0 inhibition-明瞭さを完了)または耐性後者のみ分類された競合他社の株(無inhibition-明快に部分的には1-5のスコア)です。繰延成長阻害アッセイは、したがって、特定の抗菌剤の生産に対する耐性のレベルをスクリーニングするために使用することができ、あるいは多剤耐性病原体に対して活性な新規な抗菌剤を検索します。
ホスト微生物叢が細菌コミュニティ9の望ましくないメンバーを排除するように操作され得ることが示唆されています。コリネバクテリウムまたは黄色ブドウ球菌の応用ylococcus表皮すでにS.を排除することが示されています人口11,12のかなりの割合で鼻孔内球菌のコロニー形成。競争的にホスト内細菌叢の望ましくないメンバーを除外することができ、特定の株への研究は、そのようなここで説明したものなどの技術を介して、したがって、将来の治療法につながる可能性があります。
The authors have nothing to disclose.
JCMは、ユニリーバPLC(BB / L023040 / 1)でBBSRC-IPA賞によって資金を供給されています。 HAGはサウジアラビア省高等教育の博士課程の学生の身分によって運営されています。
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 |