Summary

제자리에 전체 산 교 잡에 의해 틱 용기에 Microbiota의 시각화

Published: June 01, 2018
doi:

Summary

여기, 우리는 공간 및 일시적으로 틱 용기 수정된 전체 마운트 제자리 교 잡 방법을 사용 하 여 가능한 microbiota의 존재를 평가 하기 위해 프로토콜을 제시.

Abstract

Arthropod 벡터 전송한 전염병 전세계 인간의 건강에 중요 한 위협 계속. 그들은 벡터; 식민지 때 이러한 질병을 일으키는 병원 균 격리에 존재 하지 않는 오히려, 그들은 가능성이 창 자 루멘에 상주 미생물과 상호 작용에 관여. 벡터 microbiota 여러 벡터 품 어진 질병을 위한 병원 체 전송에 중요 한 역할을 증명 되었습니다. 보렐 리아 burgdorferi 를 포함 하 여 여러 가지 인간 병원 체의 벡터 Ixodes scapularis 진드기의 용기에 거주 박테리아 틱 전송 병원 체의 영향 여부는 결정 되지 않습니다. 특성화 틱 용기에 잠재적인 interspecies 상호 작용의 더 나은 이해를 촉진 하기 위하여 틱 용기와 관련 된 박테리아의 구성에 대 한 방법을 요구 합니다. 제자리에 전체-마운트를 사용 하 여 특정 세균 종족과 관련 된 RNA 사본 시각화 하 교 잡 풍부에 관한 질적 데이터의 수집과 microbiota 그대로 조직에의 분포에 대 한 수 있습니다. 이 기술은 틱 먹이의 과정을 통해 본질적인 microbiota 환경에 변화를 검사 하는 데 사용할 수 있습니다 그리고 틱 유전자의 표현 분석에 적용 될 수 있습니다. 3 차원 개조를 위한 필요 없이 조직에 대상 RNA의 총 공간 분포에 대 한 수익률 정보를 내장 전체 눈금의 얼룩이 지 고 덜 자주 confounds 시퀀싱 기반 환경 오염에 의해 영향을 자주 복잡 한 미생물 지역 사회를 공부 하는 데 사용 하는 방법. 전반적으로,이 기술은 벡터-병원 체-microbiota 상호 작용 및 질병 전송에 있는 그들의 역할을 이해 하는 더 나은 하는 데 사용할 수 있는 유용한 도구입니다.

Introduction

Arthropod 벡터에 의해 전송 하는 인간과 가축 병원 체 전세계 발견 된다1, 하지만 효과적인 세계적으로 전염 성 질환의 약 20% 차지 하 고이 병원 균의 대부분에 대 한 안전한 백신은 사용할 수 없습니다. 공생, 공생 그리고 병원 성 미생물, 미생물2, 변조 및 형성 하는 거의 모든 metazoans3 의 상태에서 통칭의 중요 한 역할에 대 한 우리의 이해를 확대 하고있다. 그것은 이제 분명 병원 체의 arthropod 벡터는 또한 본질적인 microbiota 항구 및 이러한 벡터 관련 microbiota 다양 한 벡터 매개로 병원 균4,5에 영향을 보여왔다. Arthropod 미생물 eubacteria, archaea, 바이러스 및 원생 동물, 선 충, 곰 팡이6등 진 핵 미생물의 구성 됩니다. 그러나, 주된 연구 초점에 왔다 eubacteria 인해, 부분적으로, 마커 유전자와 특정 세균 회원을 식별 하기 위해 참조 데이터베이스의 가용성에.

Ixodes scapularis, 보렐 리아 burgdorferi7, 을 포함 한 여러 인간 병원 체의 진드기 벡터에 초점을 맞춘 Lyme 질병의 원인이 되는 대리인의 미생물 시각화 기술 최적화 겨냥 했다 벡터-병원 체 상호 작용의 맥락에서 틱 본질적인 microbiota의 우리의 이해를 향상. 틱 미생물 분야에 답변을 몇 가지 질문에 남아 있다. 용기는 진드기와 가로 옮겨진된 병원 체;의 맥락에서 들어오는 병원 체 사이 첫 번째 확장된 발생의 사이트 따라서, 벡터 본질적인 microbiota 변조 벡터-병원 체 상호 작용에서의 역할을 이해 하는 것은 의미 있는 통찰력 발표할 예정 이다. 진드기는 혈액 식사 소화, 혈액 식사 구성 요소 소요의 처리 장소8침의 독특한 모드. 창 자 루멘 겉보기 틱 피드로 혈액 식사를 포함 하는 그릇 역할 및 영양소 소화 및 동화 먹이의 몇 일 내내 찾다 후 반복 계속. 수 유 기간 동안 틱 인수 병원 균은 bloodmeal 함께 창 자 루멘을 입력 하 고 따라서 루멘 틱, 병원 체, 주민 microbiota 간의 상호 작용의 주 사이트 된다. 소화는 투입 및 Ixodid 틱 탈피를 통해 진행, 용기 구조 및 기능 변경9를 겪 습. 구성과 창 자가 박테리아의 공간 조직 변화 창 환경 콘서트에 다 것입니다. 그것은, 그러므로, 진드기, 병원 체, 본질적인 microbiota의 상호 작용을 완전히 이해 하 틱 용기에 있는 박테리아의 아키텍처를 이해 하는 것이 중요.

정기적으로 호스트 관련 microbiota를 설명 하기 위해 분자 기술을 높은 처리량 병렬 시퀀싱 전략10 증폭 하 고 세균의 16S ribosomal DNA (rDNA) 시퀀스를 사용 합니다. 이 시퀀싱 전략 포위 axenic 문화 특정 박테리아의 샘플에 표시 하는 모든 세균성 회원에 대 한 깊이 있는 설명을 제공 하는 필요. 그럼에도 불구 하 고, 이러한 전략은 진실 fide 주민에서 환경 오염을 구별 하는 무 능력에 의해 혼동 됩니다. 또한, 수익률 샘플 크기가 작은 고 따라서 낮은 microbiota 특정 DNA를 포함 하는 틱 같은 평가 때 환경 오염 물질의 확대의 가능성 증가11 이며의 모호한 해석 결과 미생물 구성입니다. 특정 실행 가능한 박테리아의 시각화와 함께에서 기능적 특성, 따라서 것입니다 정의 하 고 일시적으로 그리고 공간에 진드기의 미생물을 분별 하는 중요 한. 이 목표를 향해 우리는 교 잡 제자리에 전체 산 RNA의 이용을 했다. 이 기술은 정기적으로 기관과 배아12,,1314 유전자 표현 패턴을 평가 하는 데 사용 되 고 관심의 전체 샘플에 식의 semiquantitative 분석을 허용 한다. 이 전통적인 제자리에서 교 잡 기술을 조직 단면도 활용 하 고 종종 전체 기관15식 예측 계산 어셈블리와 sectioned 물자의 광범위 한 분석을 필요로에서 다릅니다. 전체-마운트는 일반적으로 전체 유기 체12말합니다, 여기 전체 마운트 전체 용기 또는 장기를 말합니다. 틱 본질적인 microbiota의 아키텍처를 평가 하기 위해 교 잡 접근 제자리에 전체 산 RNA를 사용 하 여 장점은 가지각색입니다. 틱 용기 diverticula의 7 쌍 각 쌍 크기16에 다양 한 구성 되어 있습니다. 기능적 차이 하나이 diverticula 중 틱 생물학의 맥락에서 이해 되지 않는다 경우 틱 microbiota 또는 틱-병원 체 상호 작용. 용기 diverticula 파열 용기의 조작 microbiota 창 자 루멘 또는 느슨하게와 관련 된 본질적인 microbiota 공간 지 방화의 오해에 결과 치환 것 이다. 형광 표시 된 RNA 제자리에서 하이브리드는 이전 틱 용기 증명서17 고정 하 고 개별 용기 diverticula 프로브 교 잡 보장 B. burgdorferi 지역화 하 고 개방 하 여 검사 이용 되어 단면 전체 틱 파라핀 포함18녹취 록. 이러한 두 방법 모두 본질적인 microbiota 아키텍처에 영향을 미칠 것 이라고 교 잡 이전 틱 조직의 조작이 필요로 합니다.

이 보고서에서 우리가 자세히 설명 가능한 틱 본질적인 microbiota 제자리에 전체 산 교 잡 (WMISH)를 사용 하 여 검사 하는 프로토콜. 전체 산 RNA 제자리에서 교 잡의 사용 존재의 세계 이해 및 소화 관의 다른 지역에서 특정 창 자가 박테리아의 풍부 및 틱 용기 생물학 병원 체 식민의 맥락에서 새로운 통찰력을 박차 수 있습니다. 그리고 전송입니다. 또한, RNA 프로브 특정 세균 RNA에 대 한 감독의 사용 틱 용기에 실행 가능한 박테리아의 수 있습니다.

Protocol

1입니다. DNA 템플렛 준비 다운로드 16S rRNA 순서 특정 세균 장군 각 하는 NCBI 데이터베이스 디자인과 연쇄 반응 (PCR) 호환에서 앞으로 역 앞에서 설명한 대로 속 특정 영역 (200 ~ 250 기본 쌍 롱)를 증폭 뇌관 19. 또한 리소스를 참조 오픈 소스 데이터베이스 실바20,21 , probeBase22 온라인 rRNA 타겟 oligonucleotide 조사 및 뇌…

Representative Results

측정 및 RNA 프로브의 품질의 평가 얼룩이 지기 전에 중요 하다. 생체 외에서 전사 효율 높은 양과 DNA 템플렛의 품질에 따라 달라 집니다. 우리는 정기적으로 RNA 프로브 프로브 녹음 방송 반응에 의해 생성 된의 양과 순도 확인 하는 포름알데히드 젤에 시각. 프로브는 밝은, 개별 밴드 (그림 2)으로 표시 되어야 합니다. RNA 농도의 spectrophotometric 측…

Discussion

이것은 병원 체의 arthropod 벡터의 microbiota 공부를 제자리에 전체 산 교 잡 (WMISH) 기술 처음으로 사용. 우리의 프로토콜 개발 개구리 배아25,26초파리 에서 공부 하는 데 사용 하나에서 적응 시켰다. 공간적 유전자 성적표를 지역화 하 전체 산 RNA 제자리에서 교 잡 일상적으로 사용 하 고 밝은 필드 또는 형광 현미경 검사 법에 의해 일…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리는 진심으 그의 실험실 자원의 사용을 제공 하기 위한 닥터 무스타파 Khokha, 예일 대학, 감사 합니다. 우리는 우수한 기술 지원 씨 밍-지 우에 게 감사입니다. EF는 HHMI 탐정입니다. 이 작품은 존 Monsky와 제니퍼 Weis Monsky 라임 병 연구 기금에서 선물에 의해 지원 되었다.

Materials

Sefar NITEX Nylon Mesh, 110 micron Amazon 03-110/47
pGEM-T Easy Vector System Promega A1360
Digoxygenin-11-UTP Roche 1209256910
dNTP New England Biolabs  N0447S
DNAse I(RNAse-free) New England Biolabs M0303S
HiScribe SP6 RNA synthesis kit New England Biolabs E2070S
HiScribe T7 High Yield RNA Synthesis Kit New England Biolabs E2040S
Water, RNase-free, DEPC-treated American Bioanalytical AB02128-00500
EDTA, 0.5M, pH 8.0 American Bioanalytical AB00502-01000
Formaldehyde, 37% JT Baker 2106-01
Formamide American Bioanalytical AB00600-00500
EGTA Sigma Aldrich E-4378
DPBS, 10X Gibco 14300-075
Tween-20 Sigma Aldrich P1379-25ML
Proteinase K Sigma Aldrich 3115879001
Triethanolamine HCl Sigma Aldrich T1502-100G
Acetic anhydride Sigma Aldrich 320102-100ML
Paraformaldehyde ThermoScientific/Pierce 28906
SSC, 20X American Bioanalytical AB13156-01000
RNA from torula yeast Sigma Aldrich R3629-5G
Heparin, sodium salt Sigma Aldrich H3393-10KU
Denhardt's Solution, 50X Sigma Aldrich D2532-5ML
CHAPS hydrate Sigma Aldrich C3023-1G
RNase A Sigma Aldrich 10109142001
RNase T1 ThermoScientific  EN0541
Maleic acid Sigma Aldrich M0375-100G
Blocking reagent Sigma Aldrich 11096176001
Anti-Digoxigenin-AP, Fab fragments Sigma Aldrich 11093274910
Levamisol hydrochloride Sigma Aldrich 31742-250MG
Chromogenic substrate for alkaline phosphatase Sigma Aldrich 11442074001
Bouin's solution Sigma Aldrich HT10132-1L
Hydrogen peroxide Mallinkrodt Baker, Inc 2186-01
Single stranded RNA ladder Ambion -Millenium AM7151
 #11 High-Carbon steel blades  C and A Scientific Premiere #11-9411
Thermocycler BioRad, CA 1851148
Spectrophotometer ThermoScientific  NanoDrop 2000C
Orbital shaker VWR DS-500E Digital Orbital shaker
Shaking water bath BELLCO Glass, Inc Hot Shaker-7746-12110
Gel  documentation system BioRad Gel Doc XR+ Gel documentation system
Bright-field Microscope  Nikon NikonSM2745T
Bright-field Microscope  Zeiss AXIO Scope.A1
Dissection microscope  Zeiss STEMI 2000-C
 Light box VWR 102097-658
PCR purification kit  Qiagen 28104
Image capture software Zeiss Zen lite
Image editing software  Adobe  Adobe Photoshop CS4 version 11.0
Image analysis software National Institutes of Health ImageJ-NIH /imagej.nih.gov/ij/
Automation compatible instrumentation Intavis Bioanalytical Instruments, Tubingen, Germany).  Intavis, Biolane HT1.16v

Referências

  1. Leitner, W. W., Wali, T., Kincaid, R., Costero-Saint Denis, A. Arthropod Vectors and Disease Transmission: Translational Aspects. PLoS Neglected Tropical Diseases. 9 (11), e0004107 (2015).
  2. Hooper, L. V., Gordon, J. I. Commensal host-bacterial relationships in the gut. Science. 292 (5519), 1115-1118 (2001).
  3. Ley, R. E., Lozupone, C. A., Hamady, M., Knight, R., Gordon, J. I. Worlds within worlds: evolution of the vertebrate gut microbiota. Nature Review Microbiology. 6 (10), 776-788 (2008).
  4. Narasimhan, S., Fikrig, E. Tick microbiome: the force within. Trends in Parasitology. 31 (7), 315-323 (2015).
  5. Weiss, B., Aksoy, S. Microbiome influences on insect host vector competence. Trends in Parasitoly. 27 (11), 514-522 (2011).
  6. Degli Esposti, M., Martinez Romero, E. The functional microbiome of arthropods. PLoS One. 12 (5), e0176573 (2017).
  7. Radolf, J. D., Caimano, M. J., Stevenson, B., Hu, L. T. Of ticks, mice and men: understanding the dual-host lifestyle of Lyme disease spirochaetes. Nature Reviews Microbiology. 10 (2), 87-99 (2012).
  8. Sojka, D., et al. New insights into the machinery of blood digestion by ticks. Trends in Parasitology. 29 (6), 276-285 (2013).
  9. Grigor’eva, L. A. Morphofunctional changes in the midgut of Ixodid ticks during the life cycle. Entomological Review. 90, 405-409 (2010).
  10. Goodrich, J. K., et al. Conducting a microbiome study. Cell. 158 (2), 250-262 (2014).
  11. Salter, S. J., et al. Reagent and laboratory contamination can critically impact sequence-based microbiome analyses. BMC Biology. 12, 87 (2014).
  12. Hemmati-Brivanlou, A., et al. Localization of specific mRNAs in Xenopus embryos by whole-mount in situ hybridization. Development. 110 (2), 325-330 (1990).
  13. Frank, D., Harland, R. M. Transient expression of XMyoD in non-somitic mesoderm of Xenopus gastrulae. Development. 113 (4), 1387-1393 (1991).
  14. Harland, R. M. In situ hybridization: an improved whole-mount method for Xenopus embryos. Methods in Cell Biology. 36, 685-695 (1991).
  15. Kernohan, K. D., Berube, N. G. Three dimensional dual labelled DNA fluorescent in situ hybridization analysis in fixed tissue sections. MethodsX. 1, 30-35 (2014).
  16. Sonenshine, D. E. . Biology of ticks. , (1991).
  17. Narasimhan, S., et al. Gut microbiota of the tick vector Ixodes scapularis modulate colonization of the lyme disease spirochete. Cell Host Microbe. 15 (1), 58-71 (2014).
  18. Hammer, B., Moter, A., Kahl, O., Alberti, G., Gobel, U. B. Visualization of Borrelia burgdorferi sensu lato by fluorescence in situ hybridization (FISH) on whole-body sections of Ixodes ricinus ticks and gerbil skin biopsies. Microbiology. 147 (Pt 6), 1425-1436 (2001).
  19. Harmsen, H. J., Raangs, G. C., He, T., Degener, J. E., Welling, G. W. Extensive set of 16S rRNA-based probes for detection of bacteria in human feces. Applied Environmental Microbiology. 68 (6), 2982-2990 (2002).
  20. Quast, C., et al. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucleic Acids Research. 41 (Database issue), D590-D596 (2013).
  21. Yilmaz, P., et al. The SILVA and "All-species Living Tree Project (LTP)" taxonomic frameworks. Nucleic Acids Research. 42, D643-D648 (2014).
  22. Greuter, D., Loy, A., Horn, M., Rattei, T. probeBase–an online resource for rRNA-targeted oligonucleotide probes and primers: new features 2016. Nucleic Acids Research. 44, D586-D589 (2016).
  23. Narasimhan, S., et al. Modulation of the tick gut milieu by a secreted tick protein favors Borrelia burgdorferi colonization. Nature Communication. 8 (1), 184 (2017).
  24. Bryant, S., Manning, D. L. Formaldehyde gel electrophoresis of total RNA. Methods Molecular Bioliogy. 86, 69-72 (1998).
  25. Tautz, D., Pfeifle, C. A non-radioactive in situ hybridization method for the localization of specific RNAs in Drosophila embryos reveals translational control of the segmentation gene hunchback. Chromosoma. 98 (2), 81-85 (1989).
  26. Robson, A., Owens, N. D., Baserga, S. J., Khokha, M. K., Griffin, J. N. Expression of ribosomopathy genes during Xenopus tropicalis embryogenesis. BMC Development Biology. 16 (1), 38 (2016).
  27. Khokha, M. K., et al. Techniques and probes for the study of Xenopus tropicalis development. Developmental Dynamics. 225 (4), 499-510 (2002).
  28. Jowett, T., Lettice, L. Whole-mount in situ hybridizations on zebrafish embryos using a mixture of digoxigenin- and fluorescein-labelled probes. Trends in Genetics. 10 (3), 73-74 (1994).
  29. Behnam, F., Vilcinskas, A., Wagner, M., Stoecker, K. A straightforward DOPE (double labeling of oligonucleotide probes)-FISH (fluorescence in situ hybridization) method for simultaneous multicolor detection of six microbial populations. Applied Environmental Microbiology. 78 (15), 5138-5142 (2012).
  30. Pai, V. P., et al. HCN4 ion channel function is required for early events that regulate anatomical left-right patterning in a nodal and lefty asymmetric gene expression-independent manner. Biology Open. 6 (10), 1445-1457 (2017).
  31. Legendre, F., et al. Whole mount RNA fluorescent in situ hybridization of Drosophila embryos. JoVE. (71), e50057 (2013).

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Citar este artigo
Moss, C. E., Robson, A., Fikrig, E., Narasimhan, S. Visualization of Microbiota in Tick Guts by Whole-mount In Situ Hybridization. J. Vis. Exp. (136), e57758, doi:10.3791/57758 (2018).

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