We describe a simple method for screening bacterial cultures for the production of compounds inhibitory towards other bacteria.
ソフト寒天オーバーレイ技術は、もともと70年以上前に開発された、広くバクテリオファージおよびバクテリオ、タンパク質性の抗菌剤との仕事を含む微生物学的研究のいくつかの分野で使用されています。このアプローチは、最小のリソース要件と、比較的安価です。この手法は、(毒性化合物(複数可)に対して潜在的に敏感な)細菌試験菌株を接種されて固化し、ソフト寒天重層上に(潜在的に毒性の化合物(複数可)を保有する)ドナー株から上清をスポッティングで構成されています。私たちは、種内殺害のためのシュードモナスシリン株のライブラリーをスクリーニングするために、この技術を利用しました。沈殿工程と標的遺伝子の欠失と、このアプローチを組み合わせることにより、同一の株によって産生される多数の毒性化合物を区別することができます。一般的にこの技術を用いて回収2拮抗薬は、バクテリオファージおよびバクテリオシンです。これら二つの薬剤を使用して区別することができます2つの簡単な追加試験。バクテリオシンを含む上清の連続希釈を均一により濁っ大きく希釈となるとクリアゾーンをもたらす一方、バクテリオファージを含む上清の連続希釈を実行すると、より高い希釈と数が少なくなってきて、個々のプラークになります。バクテリオシンの希釈のために、新鮮な柔らかい寒天芝生に転送するときバクテリオシンは、クリアゾーンを生成しません一方で、同じ株を接種した新鮮な柔らかい寒天重層上にスポットするとさらに、バクテリオファージは、クリアゾーンを生成します。
最近では、抗生物質耐性病原体1,2との戦いで使用するために私たちの微生物生態学の理解(様々な環境の特にmicrobiomes)だけでなく、新しい抗菌性化合物を深化に大きな関心がありました。これらの利益の間の相互接続のテーマは、それらの天然の環境中の細菌の菌株間の拮抗相互作用を理解することです。細菌は競合他社3に拮抗する多くの方法があります。バクテリオシン、タンパク質性、抗菌性化合物の多様なグループは、長い緑膿菌 4,5 大腸菌 6が最も研究された種の2、重要なヒト病原体で、interbacterial拮抗作用を媒介における役割について研究されてきました。バクテリオシンに加えて、誘導されたプロファージはまた、株が既に7を植民地化されているニッチに侵入することができ、anticompetitor剤として作用することができます。 シュードモナス秒yringaeは、単一のタンパク質バクテリオ8、バクテリオファージ尾由来のバクテリオシン9(と呼ばれるtailocins)、ならびに非タンパク質性二次代謝産物10を含む抗菌剤の配列を、生産することが知られている植物病原体です。最近、これらの抗菌剤は、彼らが植物病害11を制御するために利用することができますどのようにこの生物の生態に影響を与えるだけでなく、どのように理解することに関心が集まっています。
バクテリオシンおよびバクテリオファージの両方を研究するための広く利用されている方法は、ソフト寒天オーバーレイ技術です。この方法は、最初に、バクテリオファージ12,13を列挙するのを助けるために1936年にグレーシアによって記載されました。
ここでは、(三つの異なる抗菌剤の中で、バクテリオファージの区別に、標的遺伝子操作およびポリエチレングリコール(PEG)沈殿と組み合わせて、ソフト寒天オーバーレイ法の適用を説明し、高分子量BACT単一の細菌株によって産生さeriocin、及び低分子量のバクテリオシン)。このアプローチの利点は、それは、それは明らかに「ローテク」であるにもかかわらず、それはまだ広く利用されている理由である、比較的単純で安価であるということです。
ここで説明するソフト寒天オーバーレイ技術が広くバクテリオファージまたはバクテリオに興味を持って研究者が何十年もの間適用されています。このアプローチの主な利点は、それが、簡単安価かつ解釈するのが比較的容易であることです。 PEG沈殿および連続希釈して、ソフトアガーオーバーレイを組み合わせることによって、抗菌剤は、低分子量剤対高に分離することができる、非複製剤( すなわち、バクテリオファージ対tailocin、それぞれ)対複製。最後に、推定されるバクテリオシンまたはプロファージの遺伝子座の標的遺伝子操作(削除、補完)の組み込みは、しっかりと与えられた拮抗化合物のアイデンティティを確立することができます。我々は最近、 シュードモナスシリン 9菌株間で流行バクテリオ新しい由来のバクテリオファージを記述するために、このメソッドを使用しています。
増殖培地および条件は、 シュードモナスSYのためにも、このプロトコルの仕事に示されていますringaeとは、おそらく、これらの条件の下で活発に成長する他のグラム陰性菌のために十分であろう。しかし、この方法を用いて、研究者は、それらのシステムのためのタイミング、培地、誘導方式、及びインキュベーション温度を最適化するだろう。重要なパラメータは、対数増殖期の一方で生産文化を誘導するだけでなく、均一な細菌の分布を確実にするために十分な対数期の文化とソフト寒天オーバーレイを播種するが、潜在的なクリアゾーンを不明瞭になりますない過度の文化、含まれます。そこSOS応答の一部として誘導されていない多くのバクテリオシンは、むしろのようなペプチドに基づくクオラムセンシングシステム、従って、研究者は、いくつかの異なる誘導方法をスクリーニングすることができる(15、特にグラム陽性バクテリオシン)(を通じて誘導されます)誘導培地の栄養成分を変更する、または産生株の延長インキュベーションを可能にします。
使用している場合この技術は、ソフト寒天オーバーレイは徹底的に播種前株のほかに55〜60℃で溶融し、維持しなければなりません。私たちは(視覚的にあるように思われますが)と粒状感を持つオーバーレイをもたらし、ソフト寒天が完全に溶けていなかったいくつかの実験がありました。粒子の粗いオーバレイの結果はまだ一般的に解釈することができますが、これは(弱い阻害が観察することがより困難になります)阻害の強さに依存しています。この技術を使用する際に考慮すべき変数を交絡、最終的には、シード株を殺す回避するように、溶融寒天の温度は、十分な時間が播種株を接種前に冷却することです。この問題を回避するには、我々が触れないように、ソフト寒天は暖かいが、ホットではないことを確認してください。この線に沿って、我々はまた、我々は、溶融寒天に順応するために播種培養のための不十分な時間を与える場合は、オーバーレイを注ぐ前に、我々は一般的に悪い細菌グラムを回復することを観察しました解釈するの特異的阻害の解釈が困難または不可能rowth、。我々はボルテックスとオーバーレイを注ぐ間に、インキュベーションの10〜15追加秒を許可するのはこのためです。完全に溶融状態に寒天を維持するとの間のトレードオフ(熱いが優れている)が、播種株に対して致死的ではないが(熱いが良いとは限りません)おそらく試行錯誤を通じて研究者によって決定される必要がありますものです。
PEG沈殿工程が使用される場合、滅菌ブロス培地を培養上清に同様に処理されるネガティブコントロールを含むことが有益であろう。これは、アクティビティを殺すことは、サンプルの上清中の残留PEGまたはクロロホルムの結果ではないことを保証します。
バクテリオファージおよびバクテリオシンの両方が非常に特異的である傾向があるとして、株の所定の組み合わせで明らかな殺傷活性に遭遇しないことは珍しいことではありません。これは、株特異的再様々なから生じうるsistance機構、試験菌株が与えられたバクテリオシンまたはバクテリオファージによって標的化するために必要な受容体の認識されていないバージョンを欠いているか、いずれかを有することである1。
別の方法、バクテリオスクリーニング方法は、河合らによって記載されています。しかし、欠点があり、広く16を採用されていません。具体的には、この技術が負担することができた時間間隔でブロス試料を観察する必要があり、バクテリオファージ由来およびバクテリオシン由来の殺活動の間の識別はできません。
この技術の主な制限は、それが堅牢に成長しない(したがって、容易に識別可能なクリアゾーンを欠いている)、または頑健実験室条件の下で生産されていない港のプロファージまたはバクテリオその生物に適していないということです。環境試料で生産バクテリオシンを検出するためのこの技術の適応は、有用性を拡大することになるの両方この技術のと自然環境の中バクテリオシンの役割へのより深い洞察を促進します。
The authors have nothing to disclose.
This research was supported by the Agriculture and Food Research Initiative competitive grant 2015-67012-22773 from the USDA National Institute of Food and Agriculture to K.L.H.
Mitomycin C | Santa Cruz Biotechnology | sc-3514 | Carcinogenic. use appropriate PPE (i.e. gloves, eye protection, and face mask), particularly when preparing the stock solution. |
Chloroform | Sigma-Aldrich | 34854 | Acutely toxic, respiratory hazard. Use appropriate PPE (glove and eye shield), handle open containers within a chemical fume hood. |
Polyethylene Glycol (PEG) | Amresco | 0159 | |
Bacteriological grade agar | Genesee Scientific | 20-274 |