هنا نقدم البروتوكولات للمبتدئ الباحثين لبدء فينوتيبينج لجنس البكتيرية الهامة عقاقيري متسلسلة.
ستريبتوميسيتيس هي بكتيريا التربة الخيطية المنتمين للأسرة في اللغات أكتينوباكتيريا التي يتم العثور عليها في جميع أنحاء العالم، وتنتج مجموعة واسعة من المضادات الحيوية وغيرها من نواتج الأيض الثانوية. وهو كويليكولور متسلسلة نوع تتسم جيدا، غير ممرضة قابلة لمجموعة متنوعة من التحليلات في المختبر. استخدام phenotyping الأساليب الموصوفة هنا كويليكولور س. كطراز ستريبتومايسيت؛ الأساليب غير المنطبقة على جميع أعضاء هذا جنس كبيرة، فضلا عن بعض أكتينوميسيتيس ارتباطاً وثيقا. فينوتيبينج ضروري لوصف الأنواع الجديدة من متسلسلة محددة في البيئة، وأيضا خطوة أولى حيوية في وصف سلالات متحولة المعزولة حديثا من متسلسلة. إجادة اللغة فينوتيبينج مهم للباحثين الجديد العديد من الذين يدخلون ميدان بحوث متسلسلة ، الذي يتضمن دراسة التنمية البكتيرية وانقسام الخلية والعزل الصبغي ورسول الثاني يشير إلى. Crowdsourcing مؤخرا من اكتشاف المضادات الحيوية من خلال عزل جراثيم التربة الجديدة قد أدى ازدياد حاجة إلى التدريب في فينوتيبينج للمعلمين الجديدة في مجال بحوث متسلسلة وكلية أو مدرسة ثانوية الطلاب. ويصف هذه المخطوطة أساليب إكثار السلالة البكتيرية وتخزينها، وتوصيف من خلال الفحص المجهري والبصرية. بعد قراءة هذه المادة، الباحثين جديدة (مختبرات تعليم علم الأحياء المجهرية والعلماء مواطن) ينبغي أن تكون قادرة على التعامل مع الضغوط متسلسلة وتبدأ التجارب البصرية توصيف.
ستريبتوميسيتيس بكتيريا التربة إيجابية والخيطية معروفة بقدرتها على إنتاج مجموعة متنوعة من نواتج الأيض الثانوية، بما في ذلك ما يزيد على ثلثي المضادات الحيوية المتاحة تجارياً، كذلك كما المضادة للورم، العقاقير المضادة فيروس نقص المناعة البشرية، ومكافحة الطفيليات 1. س. كويليكولور هو العضو الأكثر وراثيا تتسم2،جنس3 والأنواع المستخدمة في الأساليب الموصوفة هنا. وقد س. كويليكولور دورة الحياة معقدة التي تبدأ الإنبات بوغ مفرد، تتقدم إلى الميسليوم الخضري واسعة النطاق، والتفريع ينمو في المتوسط أجار. كما تمضي حياتها، تتشكل خيوط الجوي كسر التوتر السطحي من الميسليوم الركيزة، وأخيراً تنقسم إلى سلاسل طويلة من الخلايا التي يتم تحويلها في نهاية المطاف إلى أبواغ ناضجة، مصطبغة غراي. تشتت هذه الجراثيم شكلت حديثا يشكل بداية دورة الحياة المقبلة4.
بسبب نمط معقد من التمايز، كويليكولور س. يقدم نموذجا ممتازا لدراسة التطور الجرثومي. تاريخيا، الطفرات تؤدي إلى كتل اثنين المراحل الرئيسية للتنمية وتتمخض تعمل بصرية متميزة. يتم حظر طفرات (أصلع) bld لتشكيل الميسليوم الجوي وتؤدي إلى عدم وجود الميسليوم جوي غامض إضفاء مظهر مستعمرة “أصلع”. تحول دون طفرات في تشكيل بوغ ونضوج يشار إليها كطفرات مبادرة الخوذ البيضاء (أبيض) نظراً لأنها تفشل عادة لإنتاج مستويات البرية من نوع من الصباغ سبور رمادي والميسليوم الجوي لا تزال بيضاء. يتم تثبيط طفرات أخرى مثيرة للاهتمام في إنتاج المضادات الحيوية، انقسام الخلية، والعزل الصبغي أو غيرها من العمليات الهامة54،.
وعلى الرغم من اكتشاف العديد من الجينات التنموية في الأنواع متسلسلة ، هناك العديد من أكثر يعتقد أنها موجودة استناداً إلى عدم تشبع شاشات المسخ. مختبراتنا مواصلة تحديد الجينات الإنمائية الجديدة باستخدام نظام ينقول المصغر بأننا قد شيدت. رواية سلالات متحولة معزولة في تجارب عشوائية الطفرات مع لدينا ينقول الخضوع للفحص المظهرية تحديد الدور المحتمل لكل اكتشاف الجينات الجديدة6،7. أساليب فينوتيبينج البكتيرية الموصوفة هنا ذات الصلة بطفرات متسلسلة معزول بواسطة ينقول الطفرات8،،من910،،من1112، 13 وغيرها من الأساليب العشوائية، مثل المواد الكيميائية والبنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الطفرات14، فضلا عن تشييد الموجه الطفرات مثل الحذف الجينات باستخدام ريكومبينيرينج15،16 أو تحرير التكنولوجيا17،،من1819 والطفرات20الجينوم كريسبر-Cas9 (تجمع بانتظام إينتيرسباسيد قصيرة المتناوب يكرر).
وعندما تصبح المقاومة للمضادات الحيوية بين مسببات الأمراض أكثر انتشارا، تصبح الحاجة إلى المضادات الحيوية الجديدة يزداد إلحاحا21،22. “المبادرة العالمية الصغيرة” (أو مؤسسة) هو العلم والتكنولوجيا، والهندسة والرياضيات (الجذعية) فعالية التعلم23 والبحوث الاستراتيجية24 لمكافحة المقاومة للمضادات الحيوية من خلال crowdsourcing من طلاب الجامعات، وأكثر مؤخرا من طلاب المدارس الثانوية. دعم دورات العمل ويتضمن تحديد جراثيم التربة الجديدة التي تنتج رواية المضادات الحيوية (http://www.smallworldinitiative.org). ويعتقد أن مصدرا رئيسيا للمضادات الحيوية غير المكتشفة سوف تستمر لتكون متسلسلة الأنواع الموجودة في مجموعة واسعة من التربة والمياه الموائل25،،من2627،28، ،من 2931. مؤخرا، اكتشف المختبر وعمل الآخرين وتتميز الإشارات الجينات في متسلسلة من الأنواع التي تنظم مورفولوجيا والتنمية، بما في ذلك إنتاج المضادات الحيوية7،32، 33. التغييرات في هذه الجينات يؤدي إلى تغيير في مقدار وتوقيت للمضادات الحيوية التي تنتجها. سيظل فينوتيبينج المهرة من الأنواع الجديدة وطفرات جديدة منتجة للمضادات الحيوية الهامة. جديد من المعلمين والطلاب أصبحت المساهمين الرئيسيين في مجال اكتشاف الأدوية، التدريب في فينوتيبينج البكتيرية أمر ضروري لنجاح هؤلاء الأفراد المبتدئين. وعلاوة على ذلك، هذه التجارب أصعب للمدرسة الثانوية الجذعية أو جامعة الميكروبيولوجيا مختبرات التعليم. وهي تمثل تظاهرة مبادئ الجينية الميكروبية الأساسية في مختبر تدريس الإعداد.
نقدم هنا البروتوكولات لبداية الباحثين متسلسلة الشروع في إجراء دراسات بما في ذلك الخطوات اللازمة لنشر السلالات وإعداد الأرصدة للتخزين على المدى الطويل. ثم يصف لنا البروتوكولات لتوصيف المرئية والمجهرية من سلالات متسلسلة . بعض الخطوات الأولية النموذجية في طفرات إنمائية phenotyping: 1) الفحص البصري للمستعمرات متحولة مقارنة بنوع البرية المستعمرات في أجار المتوسطة؛ 2) مجهرية مرحلة التباين؛ و 3) الأسفار مجهرية من خيوط فطرية جوي سبوروجينيك. استناداً إلى النمط الظاهري المعروضة في هذه الخطوات الثلاث، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من التقنيات زيادة تمييز النمط الظاهري لسلالة معينة.
التجارب الأولية phenotyping تستخدم عادة لوصف الأنواع الجديدة، وتحديد طفرات فائدة، وجزئياً تميز طفرات وتبدأ تبين دور نموذجي لجين معين على النمط الظاهري للمسخ التي تم تحديدها أساس. الأساليب الموصوفة هنا سبق استخدامها في المختبرات تحديد وتوصيف مجموعة متنوعة واسعة من طفرات متسلسلة ، بما في ذلك الذين يعانون من عيوب في انقسام الخلية48،49، التدريس في الجامعات 50 , 51 , 52 , 53 , 54وتبوغ55،56، الميسليوم الجوي تشكيل57،58، إنتاج المضادات الحيوية59، والثاني رسول مما يشير إلى47والعزل الصبغي 60-هذه التقنيات هي الخطوات الأولى حيوية لتحديد النمط الظاهري طفرات بشكل عام والكشف عن كمية كبيرة من معلومات هامة عن الأدوار للجينات للفائدة. الأساليب التي يمكن أن تمتد بسهولة إلى الأنواع الأخرى من متسلسلة وقد استخدمت فعلا لوصف سلالات من غريس س. س. فنزويلا، الجرب س.والعديد من ستريبتوميسيتيس الأخرى. ومن المتوقع البروتوكولات الفيديو الموضحة هنا بمثابة مورد هام للباحثين الجديد دخول مجالات بحوث متسلسلة ، كما هو الحال في مجال اكتشاف الأدوية. ويشمل ذلك المعلمين الجديدة الذين يعملون على مكافحة الأزمة المقاومة للمضادات الحيوية، وتثقيف عدد لا يحصى من الباحثين الطلاب الجامعيين الجديد الانضمام إلى جهود crowdsourcing المبادرة العالمية الصغيرة.
يمكن تكييفها بسهولة للاستخدام الفصول الدراسية الكليات والمدارس الثانوية بالإضافة إلى مختبرات الأبحاث، بإدخال التعديلات المذكورة في الفيديو والنص باستخدام التقنيات الموضحة هنا. الطلاب في الوحدة نمطية مجهرية سنة أولى في كلية فنون الحرة صغيرة كانت قادرة على متتالية السلالات، والتقاط صور فوتوغرافية رقمية من السلالات التي تزرع في وسائل الإعلام أجار، وإجراء الفحص المجهري والمرحلة-على النقيض من الأسفار، التي توجت بتقديم مجموعة أرقام نصب منصة متعددة في نهاية الوحدة النمطية 3 أسابيع، يمثلون 15 ح العمل بالمعمل. حوالي 160 من طلاب السنة الأولى مسؤولة عن فينوتيبينج الأولى من 320 ينقول رواية طفرات. شارك طلاب البحوث الجامعية في المؤسسات الثلاث في فينوتيبينج الأولى من طفرات إضافية وتوصيف اللاحقة لكثير من السلالات. وتوضح البيانات الشاملة التي تم الحصول عليها في فترة قصيرة نسبيا من الزمن، قيمة البروتوكولات المذكورة هنا. تم تخزين مئات طفرات إضافية كمخزون mycelial والغليسيرول لتوصيف المستقبل.
في أعقاب التجارب الأولية الموضحة هنا، يجوز مجموعة متنوعة من الأساليب لتوسيع نوعية المعلومات المتصلة بسلالات فائدة. إذا كانت الطفرة غير معروف، وينبغي استخدام أسلوب التنميط لتحديد نوع و/أو موقع من الطفرة. على سبيل المثال، ينقول عشوائية الطفرات البرية من نوع الكروموسوم6،،من78،9،10،11،12،13 النتائج في المستعمرات التي ينبغي أن يخضع لها الأولية شاشات المظهرية مثل التي ورد وصفها أعلاه. ثم ينبغي أن تحدد موقع ينقول استخدام تقنية مثل معكوس بوليميريز سلسلة من ردود الفعل (إيبكر)61. تحديد النمط الوراثي لطفرات المكتشفة حديثا خطوة هامة بعد توصيف الأولية.
وتشمل بعض أساليب متقدمة تستخدم عادة لتحليل phenotyping اللاحقة التي يمكن ذكرها في الفصول الدراسية أو استكشافها من خلال إجراء مزيد من البحوث البروتين الفلورية الخضراء (بروتينات فلورية خضراء) وضع علامات لتحديد أنماط الترجمة لبروتين الاهتمام، تحليل تعبير الجينات مثل الحقيقي الوقت PCR الكمي (qPCR) وأنماط التعبير الجيني العالمي البرية من نوع مقابل المسخ عبر “تسلسل الحمض النووي الريبي” (الرنا-seq). Phenotyping مهارات مطلوبة أيضا لتحليل التكامل الوراثية. في تجربة تكامل، هو عرض النسخة البرية من نوع من الجينات إلى سلالة تحور لتحديد ما إذا كان اليل المضافة حديثا يمكن أن تعوض عن فقدان الوظيفة اليل تحور. مقارنة النمط الظاهري سلالة تستكمل المسخ الأصلي والوالدين، لا بد من السلالة البرية من نوع.
The authors have nothing to disclose.
يود المؤلفون الاعتراف بجامعة أوتيربين لزمالات البحث الطالب الجامعي والطلاب جوائز صندوق البحوث جفك و SGK؛ وهبت النصب التذكاري الأستاذ جيلبرت هاء ميلز أوتيربين جائزة برنامج التفرغ وقسم علم الأحياء وعلم الأرض كلية البحوث والمنح الدراسية تمنح جائزة لمجلس الطعون المشترك. ومنح جفك و SGK بيرت وجين القرن هبت طالب صندوق البحوث في مجال العلوم. الكتاب يود أيضا أن نعترف بامتنان جامعة دوكين تمول “البحوث الجامعية برنامج زمالات” جفك و SGK. طلاب البحوث الجامعية السابقة جونياتا، ريان جونسون ودريبر ليندسي ساهمت الصور مجهرية للأرقام 2 و 3، على التوالي.
50% Glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | |
Immersion Oil (Type DF) | Cragille | 16482 | |
Lens Paper | Fisherbrand | 11-995 | |
Sterile Water | GeneMate | G-3250-1L | |
100% Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
Propidium Iodide | Invitrogen | P1304MP | |
Toothpicks (flat) | Target | 081-22-1957 | |
Pipette Tips (10 ml) | GeneMate | P-1240-10 | |
Pipette Tips (200 ml) | GeneMate | P-1240-200Y | |
Pipette Tips (1250 ml) | GeneMate | P-1240-1250 | |
Wooden Applicators 6'' | Solon Care | 070809 | |
Cotton Swabs | Fisherbrand | 23-400-124 | |
Soy Flour | Bob's Red Mill | 1516C164 | |
D-Mannitol | Sigma-Aldrich | M4125-1KG | |
Agar | Sigma-Aldrich | A1296-1KG | |
Glycerol 100% | VWR amresco life science | 0854-1L | |
0.8% NaCl (Saline) | Sigma-Aldrich | SLBB9000V | |
1.2 mL freezer tube | NEST | 606101 | |
Ultra low (-80°C) freezer | SO-LOW | U85-18 | |
Cryo Safety Gloves | Bel-Art | H13201 | |
Petri dishes | Sigma-Aldrich | P5856-500EA | |
Cover slips #1.5 | Thomas Scientific | 64-0721 | |
Slides | Carolina | 63-2010 | |
Autoclave | Tuttnauer | 2540E | |
Phase-Contrast Microscope | Olympus | BX40 | |
Forceps | Carolina Biological | 624504 | |
Bunsen Burner | Carolina Biological | 706706 | |
Methanol | Sigma-Aldrich | 34860-1L-R | |
PBS (phosphate buffer saline) | Sigma-Aldrich | P4417-50TAB | |
WGA-FITC | Biotium | 29022-1 | |
Clear nail polish | OPI | 22001009000 | |
Image J | NIH | Free Software | |
100 mL beaker | Pyrex USA | 1000-T | |
1 L beaker | Carolina Biological | 721253 | |
1 L flask | Fisherbrand | S63274 | |
250 mL flask | Pyrex USA | 4980 | |
100 mL graduated cylinder | Carolina Biological | 721788 | |
500 mL graduated cylinder | Carolina Biological | 721792 | |
Stir Bar | Fisher Scientific | 22-271825 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
Camera for Microscope | Olympus | DP72 | |
Nitrile Examination Gloves (Med) | Bio Excell | 71011002 | |
Vortex Mixer | Carolina Biological | 701077 |