Summary

التحول Biolistic من نيون معلم جين إلى القناص الفطرية مسببات الأمراض<em> المستخفية المورمة</em

Published: March 19, 2015
doi:

Summary

التحول Biolistic هو طريقة تستخدم لتوليد التكامل مستقر من الحمض النووي في الجينوم من الانتهازية الأدعومية الممرض المستخفية من خلال إعادة التركيب مثلي. وسوف نظهر التحول biolistic من بناء، والتي لديها خلات كيناز ترميز الجينات تنصهر إلى العلامة فلوري mCherry إلى C. الأدعومية.

Abstract

وbasidiomycete المستخفية المورمة، وهو ممرض الانتهازية الغازية من الجهاز العصبي المركزي، هي السبب الأكثر شيوعا لالتهاب السحايا الفطرية الناتجة في جميع أنحاء العالم في أكثر من 625،000 حالة وفاة سنويا في جميع أنحاء العالم. وعلى الرغم من وضعت Electroporation للللتحول من البلازميدات في المستخفية، ويوفر تسليم biolistic فقط وسيلة فعالة لتحويل DNA الخطية التي يمكن دمجها في الجينوم عن طريق إعادة التركيب مثلي.

وقد تبين خلات أن يكون المنتج التخمير كبير خلال العدوى بالمستخفيات، ولكن أهمية هذا ومن غير المعروف حتى الان. وهناك مسار البكتيريا تتكون من الانزيمات زايلولوز-5-فوسفات / الفركتوز-6-فوسفات فسفوكيتولاز (XFP) وكيناز خلات (ACK) هو واحد من ثلاثة مسارات محتملة لإنتاج خلات في C. الأدعومية. هنا، علينا أن نظهر التحول biolistic لبناء،الذي الجين ترميز ACK تنصهر إلى العلامة الفلورسنت mCherry، إلى C. الأدعومية. نحن بعد تأكيد تكامل الانصهار ACK -mCherry في موضع ACK.

Introduction

Cryptococcus neoformans, an invasive opportunistic pathogen of the central nervous system, is the most frequent cause of fungal meningitis resulting in more than 625,000 deaths per year worldwide 1. Acetate has been shown to be a major fermentation product during cryptococcal infection 2,3,4, and genes encoding enzymes from three putative acetate-producing pathways have been shown to be upregulated during infection 5. This suggests that acetate production and transport may be a necessary and required part of the pathogenic process; however, the significance of this is not yet understood. One possible pathway for acetate production is the xylulose 5-phosphate/fructose 6-phosphate phosphoketolase (Xfp) – acetate kinase (Ack), a pathway previously thought to be present only in bacteria but recently identified in both euascomycete as well as basidiomycete fungi, including C. neoformans 6.

To determine the localization of these enzymes of this pathway in the cell, a construct carrying a neomycin resistance gene downstream of an ACK gene fusion to the fluorescent tag mCherry (ACK:mCherry:Neo) will be introduced into C. neoformans using the well-established method of biolistic transformation 7,8. Although electroporation is an efficient method for transformation of plasmids that will be maintained as episomes into Cryptococcus 9, it is not useful in creating stable homologous transformants 8. Only biolistic delivery using a gene gun provides an effective means to transform linear DNAs that will be integrated into the genome by homologous recombination. For example, Edman et al. showed that of the transformants resulting from electroporation of a plasmid-borne URA5 selectable marker into C. neoformansura5 mutants, just 0.001 to 0.1% of transformants were stable 9. Chang et al. achieved just a 0.25% stable transformation efficiency using electroporation to reconstitute capsule production in an acapsular mutant 10. Unlike electroporation, biolistic transformation has been shown to result in stable transformation efficiency of 2-50% depending on the gene that is being altered 7,8,11.

This visual experiment will provide a step-by-step demonstration of biolistic transformation of the linear ACK:mCherry:Neo DNA construct into C. neoformans, and will describe how to confirm its proper integration via homologous recombination into the ack locus. The protocol demonstrated here is a modification of the method developed in the Perfect laboratory 8.

Protocol

ويرد المخطط العام لهذا البروتوكول في الشكل رقم 1: ملاحظة. 1. C. إعداد الأدعومية لكل رد فعل التحول، وتنمو 2-3 مل O / N ثقافة C. الأدعومية في YPD المتوسطة في 30 ° C تهتز ?…

Representative Results

وتحول biolistic الناجح لC. ويمكن الحصول على الأدعومية باتباع هذا المخطط بروتوكول (الشكل 1). مع التحول biolistic، يشار إلى تبادل لاطلاق النار الناجح لحبات الذهب المغلفة من قبل خاتم من الذهب واضحة على لوحة بعد DNA هو النار (الشكل 2A). يجب أن تظهر المستعمرا…

Discussion

Utilizing this protocol, biolistic transformation can be accomplished in which linear DNA is integrated into a desired locus in the Cryptococcus neoformans genome by homologous recombination. Certain steps in the protocol can have a dramatic effect on the effectiveness/efficiency of the transformation. For a successful transformation, it is imperative that the DNA utilized in the shoot has a concentration of at least 1 µg. However, the volume of DNA added to the gold beads can be increased in the chance the…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وأيد هذا العمل من الجوائز من مؤسسة العلوم الوطنية (جائزة # 0920274) وساوث كارولينا تجربة مشروع محطة SC-1700340. هذه الورقة isTechnical مساهمة رقم 6283 من محطة تجربة جامعة كليمسون. الكتاب أشكر الدكتور لوكاس Kozubowski للحصول على المشورة المفيدة له في تطوير هذا البروتوكول النهائي والدكتور شيريل انجرام سميث، كاتي جلين، وغريس Kisirkoi لقراءة نقدية لها من المخطوطة.

Materials

Product Company Catalog # Website
0.6 μm gold beads Bio-Rad 165-2262 http://www.bio-rad.com
Spermadine-free base Sigma- Aldrich S0266 https://www.sigmaaldrich.com
G418 – Sulfate (Neomycin) Gold Biotechnology G-418-10 www.goldbio.com
Hygromycin Gold Biotechnology H-270-1 www.goldbio.com
1350 psi Rupture Discs Bio-Rad 165-2330 http://www.bio-rad.com
Stopping Screens Bio-Rad 165-2336 http://www.bio-rad.com
Macrocarriers discs Bio-Rad 165-2335 http://www.bio-rad.com
YPD Broth Becton Dickinson & Co. 242820 www.bd.com
Agar Becton Dickinson & Co. 214530 www.bd.com
Sorbitol Fisher Scientific BP439 http://www.fishersci.com
PDS-1000/He System Bio-Rad 165-2257 http://www.bio-rad.com
Microscope Zeiss Axio http://www.zeiss.com/microscopy
KOD One Step PCR Kit EMD Millipore 71086-4 http://www.emdmillipore.com
One Step RT-PCR Kit Qiagen 210212 www.qiagen.com
Wizard Genomic DNA Purification Kit Promega A1120 www.promega.com
RNeasy Mini Kit Qiagen 74104 www.qiagen.com
Mini Beadbeater – 1 BioSpecs 3110BX http://www.biospec.com
Microfuge 18 Centrifuge Beckman Coulter F241.5P www.beckmancoulter.com
Microplate Spectrophotometer BioTek EPOCH www.biotek.com

Referências

  1. Price, M. S., et al. Cryptococcusneoformans requires a functional glycolytic pathway for disease but not persistence in the host. MBio. 2, e00103-e00111 (2011).
  2. Bubb, W. A., et al. Heteronuclear NMR studies of metabolites produced by Cryptococcusneoformans in culture media: identification of possible virulence factors. Magn Reson Med. 42, 442-453 (1999).
  3. Himmelreich, U., et al. Identification of metabolites of importance in the pathogenesis of pulmonary cryptococcoma using nuclear magnetic resonance spectroscopy. Microbes Infect. 5, 285-290 (2003).
  4. Wright, L., et al. Metabolites released by Cryptococcusneoformans var. neoformans and var. gattii differentially affect human neutrophil function. Microbes Infect. 4, 1427-1438 (2002).
  5. Hu, G., Cheng, P. Y., Sham, A., Perfect, J. R., Kronstad, J. W. Metabolic adaptation in Cryptococcusneoformans during early murine pulmonary infection. Mol Microbiol. 69, 1456-1475 (2008).
  6. Ingram-Smith, C., Martin, S. R., Smith, K. S. Acetate kinase: not just a bacterial enzyme. Trends Microbiol. 14, 249-253 (2006).
  7. Davidson, R. C., et al. Gene disruption by biolistic transformation in serotype D strains of Cryptococcus neoformans. Fungal Genet Biol: FG & B. 29, 38-48 (2000).
  8. Toffaletti, D. L., Rude, T. H., Johnston, S. A., Durack, D. T., Perfect, J. R. Gene transfer in Cryptococcusneoformans by use of biolistic delivery of DNA. J. Bacteriol. 175, 1405-1411 (1993).
  9. Edman, J. C., Kwon-Chung, K. J. Isolation of the URA5 gene from Cryptococcusneoformans var. neoformans and its use as a selective marker for transformation. Mol Cell Biol. 10, 4538-4544 (1990).
  10. Chang, Y. C., Kwon-Chung, K. J. Complementation of a capsule-deficient mutation of Cryptococcus neoformans restores its virulence. Mol Cell Biol. 14, 4912-4919 (1994).
  11. Del Poeta, M., et al. Topoisomerase I is essential in Cryptococcusneoformans: role In pathobiology and as an antifungal target. Genética. 152, 167-178 (1999).
  12. McClelland, C. M., Chang, Y. C., Kwon-Chung, K. J. High frequency transformation of Cryptococcusneoformans and Cryptococcusgattii by Agrobacteriumtumefaciens. Fungal Genet Biol:FG & B. 42, 904-913 (2005).
  13. Gan, W. B., Grutzendler, J., Wong, W. T., Wong, R. O., Lichtman, J. W. Multicolor ‘DiOlistic’ labeling of the nervous system using lipophilic dye combinations. Neuron. 27, 219-225 (2000).
  14. Nicola, A. M., Frases, S., Casadevall, A. Lipophilic dye staining of Cryptococcusneoformans extracellular vesicles and capsule. Eukaryot Cell. 8, 1373-1380 (2009).

Play Video

Citar este artigo
Taylor, T., Bose, I., Luckie, T., Smith, K. Biolistic Transformation of a Fluorescent Tagged Gene into the Opportunistic Fungal Pathogen Cryptococcus neoformans. J. Vis. Exp. (97), e52666, doi:10.3791/52666 (2015).

View Video