Replicatie van de besteld, Nonredundant bibliotheek van Pseudomonas aeruginosa stam PA14 Transposon insertiemutanten

Pseudomonas aeruginosa is een fenotypische en genotypisch divers en flexibel gram-negatieve bacterie aanwezig in de bodem, water, en de meeste menselijke omgevingen, evenals huid microflora. Vergeleken bij veel bacteriesoorten, heeft P. aeruginosa een relatief grote genoom van 5.5-7 Mbp met hoge G + C inhoud (65-67%). Bovendien een aanzienlijk deel van de genen betrokken zijn bij de metabole aanpassingsvermogen en zijn onderdeel van regulerende netwerken, grote flexibiliteit in reactie op de milieudruk¹. P. aeruginosa geeft uiting aan een overvloed van virulentiefactoren, neiging naar formulier biofilms vertoont, bezit het vermogen om te coördineren van de reacties via meerdere quorum sensing trajecten en bevat een opmerkelijke capaciteit te ontwikkelen resistentie tegen antibiotica en tolerantie^{2,3,4,5,6,7,8}. Deze kenmerken stellen belangrijke uitdagingen voor de behandeling van infecties veroorzaakt door P. aeruginosa.

Chronische P. aeruginosa infecties kunnen optreden in talrijke ziekte staten. Cystic fibrosis (CF), een genetische ziekte die wordt veroorzaakt door mutatie van het gen Cystic Fibrosis Transmembrane huidgeleiding Regulator (CFTR) , resulteert in inspissated, besmette afscheidingen binnen de luchtwegen, progressieve Bronchiëctasie en uiteindelijk dood van respiratoire insufficiëntie⁹. Door volwassenheid, zijn de meerderheid van de patiënten met CF chronisch geïnfecteerd met P. aeruginosa, dat een sleutelrol in de morbiditeit en mortaliteit die zijn gekoppeld aan deze ziekte^{10 speelt}. Bovendien hebben patiënten met ernstige branden verwondingen¹¹, tracheostomies¹², gewrichtsprothesen¹³of inwonende katheters¹⁴ risico op P. aeruginosa infectie gerelateerd aan van de bacteriën vermogen om vorm biofilms en ontsnappen host¹⁵van de inflammatoire reacties. Verder, kolonisatie zonder concurrentie treedt op nadat een bevolking meerdere antibiotica resistentie of tolerant is geselecteerd door middel van breedspectrum, sequentiële antimicrobiële behandeling^{12,16,17 , 18}. beter begrijpen van de pathogenese van P. aeruginosa zal belangrijke gevolgen hebben voor talloze ziekte staten.

Verschillende P. aeruginosa klinische isolaten, met inbegrip van stammen PAO1, PA103, PA14 en PAK, zijn uitvoerig bestudeerd om te onderzoeken van de verschillende functies van P. aeruginosa pathogenese. Stam PA14 is een klinische isolaat die behoort tot een van de meest voorkomende klonale groepen wereldwijd^19,20 en heeft niet uitgebreid in het laboratorium is gepasseerd. PA14is zeer virulente in gewervelde modellen van infectie, met een opmerkelijke endotoxine profile²¹, pili structuur²², pathogeniteit eilanden²³, III secretie typesysteem (TTSS), cytotoxiciteit naar zoogdieren cellen²⁴ en profielen van antibiotische weerstand en volharding²⁵. Bovendien, PA14 is ook zeer virulente in talrijke gastheer-pathogeen modelsystemen, met inbegrip van plant blad infiltratie modellen^26,27,Caenorhabditis elegans infectie modellen^{28, 29}, insect modellen^30,31, evenals muis longontsteking modellen^32,,³³ en huid branden modellen³⁴.

Genoom-brede mutant bibliotheken zijn verzamelingen van isogene mutanten in niet-essentiële genen die zeer krachtige tools om te begrijpen van de biologie van een organisme door analyse van de genfunctie toe te staan op een genomic schaal vormen. Twee in de buurt van-saturation transposon invoeging mutant bibliotheken gebouwd in P. aeruginosa zijn momenteel beschikbaar voor distributie. De sites van de invoeging van de transposons zijn vastgesteld voor beide bibliotheken. Deze zogenaamde nonredundant bibliotheken genoom-brede studie van bacteriestammen vergemakkelijken door het aanzienlijk verlagen van de tijd en kosten genfunctieonderzoek screening willekeurige transposon mutanten. De P. aeruginosa PAO1 transposon mutant bibliotheek, gebouwd in de MPAO1 isoleren van de stam PAO1 met behulp van transposons ISphoA/ hah en ISlacZ/ hah³⁵, is samengesteld door het Manoil laboratorium, Universiteit van Washington. De bibliotheek bestaat uit een reeks-geverifieerd verzameling 9,437 transposon mutanten die biedt brede genoom dekking en omvat twee mutanten voor de meeste genen³⁶. Informatie over de PAO1 van de P. aeruginosa transposon mutant library is beschikbaar op de openbare, internet toegankelijke Manoil lab-website op http://www.gs.washington.edu/labs/manoil/libraryindex.htm. De P. aeruginosa stam PA14 nonredundant transposon invoeging mutant bibliotheek (PA14NR ingesteld) gebouwd in stam PA14 met behulp van de MAR2xT7 en Tn transposonsphoA³⁷ wordt momenteel gedistribueerd door de afdeling kindergeneeskunde in het Massachusetts General Hospital. De PA14NR Set bestaat uit een verzameling van meer dan 5.800 mutanten met één transposon invoegingen in niet-essentiële genen³⁷. Details over de bouw van de PA14NR Set zijn beschreven in de openbare, toegankelijke internet site http://pa14.mgh.harvard.edu/cgi-bin/pa14/home.cgi?section=NR_LIB, waarin ook een scala aan online zoekprogramma’s om het gebruik van de PA14NR Instellen.

De oorspronkelijke PA14NR Set bestond uit 5,459 mutanten, geselecteerd uit een uitgebreide bibliotheek van ongeveer 34.000 willekeurige transposon insertiemutanten, die overeenkomen met 4,596 voorspelde PA14 genen 77% van alle voorspelde PA14 genen³⁷. Sinds de bouw van de bibliotheek in 2006 nieuwe mutanten werden toegevoegd, en momenteel de PA14NR Set omvat meer dan 5.800 mutanten³⁸ die vertegenwoordigen ongeveer 4.600 PA14 genen. De meerderheid van de PA14 transposon mutanten werden gegenereerd in het wild type achtergrond³⁷. Details over elk lid van de mutant bibliotheek, met inbegrip van genetische achtergrond, zijn beschikbaar via de online database zoeken, of door het downloaden van de Nonredundant bibliotheek spreadsheet, beide functies beschikbaar op de website van PA14 (http:// PA14.MGH.Harvard.edu/cgi-bin/PA14/Home.cgi). De meerderheid van mutanten werden gemaakt met behulp van de MAR2xT7 (MrT7) transposon, met een kleine set gemaakt met behulp van de TnPhoA (phoA) transposon³⁷. Elke transposon heeft een antibiotica-resistentie-cassette, waarmee een mutant selectie met gentamicine (MrT7) of kanamycine (phoA). De PA14NR-set van mutanten in drieënzestig 96-wells-platen is opgeslagen en omvat twee extra controle van de 96-wells-platen, die bestaan uit wild type PA14 geënt en niet-geënte wells tussenliggende in een vooraf ingesteld patroon. De indeling van de 96-wells-plaat gecombineerd met de online zoekprogramma’s sterk vergemakkelijkt de aangepaste ontwikkeling van screening tests waarmee gebruikers gemakkelijk om genen te identificeren mutant fenotypen is gekoppeld. De online zoekprogramma’s vergemakkelijken ook de zoek- en selectie van aanvullende relevante mutanten vereist voor verdere studies.

De PA14 en PAO1 transposon mutant bibliotheken zijn zeer belangrijke wereldwijde resources voor de wetenschappelijke gemeenschap, en zij elkaar aanvullen bij het valideren van de functie van onbekende genen en trajecten van deze bacteriële pathogenen. Toevallig, sinds de bouw van de PAO1 en PA14 transposon mutatie Bibliotheken, heeft full-DNA sequentiebepaling genoomanalyse van vele P. aeruginosa isolaten aangetoond dat PAO1 en PA14 tot verschillende belangrijke subclades van de P. aeruginosa behoren fylogenie^7,39,40,41. Omdat klinisch P. aeruginosa isolaten vindt u verspreid over de fylogenie, het feit dat PAO1 en PA14 tot verschillende P. aeruginosa behoren subgroepen verhoogt de waarde van de twee transposon mutatie bibliotheken voor vergelijkende studies.

Publicaties met een beschrijving van de bouw en screening van bacteriële mutant Bibliotheken, waaronder P. aeruginosa bibliotheken^35,zijn^37,42, beschikbaar in de literatuur. Echter tot de beste van onze kennis, geen gepubliceerde protocollen beschrijven gedetailleerde procedures en technieken die worden gebruikt voor replicatie, onderhoud en validatie van bacteriële mutant bibliotheken zijn beschikbaar.

De methodologie uiteengezet in deze publicatie beschrijft een set van drie protocollen die het gebruik vergemakkelijken en onderhoud van de PA14NR Set. Het eerste protocol beschrijving van replicatie van de bibliotheek zoals aanbevolen voor de ontvangers van de PA14NR Set. Het tweede protocol bevat richtsnoeren voor de strepen, groeiende en opslaan van individuele mutanten geïdentificeerd met behulp van de PA14NR Set. Het derde protocol beschrijft kwaliteitscontrole technieken, met inbegrip van PCR versterking van fragmenten van transposon mutanten en de daaropvolgende sequencing mutant identiteit te bevestigen. Deze set van protocollen kan ook worden aangepast voor de replicatie en het onderhoud van andere bacteriële mutant bibliotheken of collecties. De replicatie van bacteriële mutant bibliotheken of collecties is zeer aangeraden voor het behoud van de integriteit van de “master copy” (originele exemplaar ontvangen). Replicatie van meerdere kopieën van de PA14NR Set voor routinematige laboratoriumgebruik minimaliseert de kans op besmetting van de interwell van het originele exemplaar.