ここで重要な薬理学的細菌属放線菌の表現型解析を開始する研究者紹介初心者のためのプロトコル。
放線菌は、世界中で発見され、抗生物質や他の代謝産物の広い配列を生成する、アクチノ バクテリア門に属する糸状土壌細菌です。放線菌の改変はさまざまな実験室での分析に従うよ特徴付けられた、非病原性の種であります。説明する表現方法はここでモデル放線菌; としてs. 改変を使用します。ただし、メソッドは、いくつかの密接に関連放線菌と同様に、この大きな属のすべてのメンバーに適用されます。表現型解析は環境で識別される放線菌の新種の特性評価に必要なまた放線菌の新規分離された突然変異系統の特性の重要な最初のステップです。表現の能力は細菌の開発、細胞分裂、染色体分配、信号 2 つ目のメッセンジャーの研究が含まれます放線菌研究のフィールドに入っている多くの新しい人のため重要です。新しい土壌微生物の分離により抗生物質発見の最近のクラウドソーシングはインストラクター放線菌研究の大学や高校のフィールドに新しい表現の訓練のための高められた必要性の学生になりました。この原稿は、細菌の伝播、ストレージ、および視覚および顕微鏡検査における特性評価のための方法を説明します。この記事を読んだ後新しい研究者 (微生物学教育研究所と市民の科学者) は放線菌の菌株を操作および視覚特性実験を開始することができるはず。
放線菌は、グラム陽性菌、糸状菌土壌細菌の抗エイズ薬・抗寄生虫薬さまざまな市販の抗生物質だけでなく、抗腫瘍の 3 分の 2 以上を含む、二次代謝産物を生産する能力で知られています。1. S. 改変属2,3の最も遺伝的特徴とメンバーでありここで説明した方法で使用される種であります。S. 改変は単胞子の発芽から始まる複雑なライフ サイクル寒天培地に育つ、広範な分岐栄養菌糸に進みます。ライフ サイクルが進むにつれて、空中のフィラメントが形成される基板菌糸体の表面張力を破るし、最終的に最終的に成熟した、グレー色素胞子に変換されるセルの長い鎖に分かれています。これらの新たに形成された胞子の分散は、次のライフ サイクル4の始まりを構成します。
分化の複雑なパターンは、ためS. 改変は細菌の開発の研究のための優れたモデルとして機能します。歴史的に、変異は開発の 2 つの主要な段階のブロックで起因し、明確な視覚的表現型を作り出します。Bld (ハゲ) 変異体菌糸形成と「ハゲ」コロニー出現を与えるファジィ菌糸の欠如の結果ブロックされます。突然変異体は胞子形成の抑制し、成熟と呼びますwhi (ホワイト) 変異株から、彼らは通常灰色胞子顔料の野生型レベルを生成に失敗して、菌糸が白。他の興味深い変異体が抗生物質の生産、細胞分裂、染色体分配、または他の重要なプロセス4,5で抑制されます。
放線菌種に多く発達遺伝子の発見、にもかかわらずより突然変異体画面の彩度の欠如に基づいて存在と考えられて多くがあります。我々 の研究室は、構築したミニ トランスポゾン システムを使用して新しい発達の遺伝子を識別するために続けます。新規変異株を分離した私たちのトランスポゾン ランダム変異導入実験は、各新しい遺伝子を発見した6、7の可能な役割を識別する表現型スクリーニングを受けます。ここで説明した細菌の表現型解析法、トランスポゾン変異8,9,10、11,12、によって分離された放線菌の変異体に関連します。 13とジーン15,16を使用して遺伝子の削除などの突然変異の監督の建設と同様に、化学と紫外線 (UV) 突然変異誘発14などの他のランダムな方法またはCRISPR Cas9 (クラスター化された定期的に空間短い回文繰り返し) ゲノム編集技術17,18,19点突然変異は20。
抗生物質耐性病原体の間でますます普及しているになると、新しい抗生物質のための必要性はますます緊急21,22になります。「小さな世界構想」(または SWI) は効果的な科学技術、工学および数学 (茎) 大学生のクラウドソーシングを通じて抗生物質耐性戦闘に戦略24 23と研究を学習最近高校生。サポート コース新規抗生物質 (http://www.smallworldinitiative.org) を生成する新しい土壌微生物を識別する作業が含まれます。未知の抗生物質の主要な源は放線菌種は土の広い範囲で発見、水の生息地25,26,27,28、続けますといわれています。 29,31。最近、当研究室と他の作業を検出し、信号形態と抗生物質生産7,32を含む、開発を規制する放線菌遺伝子の特徴 33。これらの遺伝子発現の変化量と生成される抗生物質のタイミングの変更あります。新しい種と新しい抗生物質生産変異体の熟練した表現型解析は重要である続けます。新しい講師と生徒は、創薬の分野への主要な貢献者になるように、細菌の表現型解析にトレーニングはこれらの初心者個人の成功に必要です。さらに、これらの実験は高校幹または大学微生物学教育研究所の扱いやすいです。設定教育実習で基本的な微生物遺伝的原理のデモンストレーションを表します。
ここで系統を反映し、長期保存のため在庫を準備するための手順を含めることによって研究を開始する放線菌研究者を開始するためのプロトコルを提案する.その後、放線菌の菌株の視覚的及び微視的特性のプロトコルについて述べる.フェノタイピング突然変異体のいくつかの典型的な最初の手順は、: 1) 野生型の寒天培地上のコロニーに比べて突然変異コロニーの目視検査2) 位相差顕微鏡・ 3) sporogenic 空中菌糸の蛍光顕微鏡像。これらの 3 つの手順で表示される表現型を基に、さらに特定の株の表現型を識別するさまざまな手法を用いることができます。
初期の表現の実験は、新しい種を特徴付ける、興味の突然変異を識別する、部分的に変異体を特徴付ける、識別された突然変異体の表現型に基づく特定遺伝子の典型的な役割を識別するを開始する使用されます。ここで説明する方法は、既に大学を識別し、特徴付ける細胞分裂48,49,の欠陥を含め、放線菌の変異体のさまざまな所で使用されています。50,51,52,53,54、胞子形成55,56、菌糸形成57,58、抗生物質生産59、第 2 メッセンジャー シグナリング47、および染色体分配60します。 これらのテクニックは、一般的に突然変異体の表現型を決定する重要な最初のステップと大量の興味の遺伝子の役割についての重要な情報を明らかにします。メソッドは、放線菌の他の種に容易に拡張することがあり、既にs ・ ミセス属、 s. venezuelae s. 疥癬、および他の多くの放線菌の系統を記述するために使用されています。ここで説明されているビデオ プロトコルが創部における放線菌研究のフィールドを入力新しい研究者のための重要なリソースとして期待されます。これは、抗生物質耐性の危機と無数の小さな世界のイニシアティブのクラウドソーシングの努力に参加する新たな学部生研究者の教育と戦うために働いている新しいインストラクターを含まれます。
ここで説明したテクニックは、研究所、動画とテキストで説明されている変更に加え大学や高校の教室の使用に容易に適応することができます。小さいリベラルアーツの大学で最初年顕微鏡モジュールで学生が株を連勝、寒天、上に成長した株のデジタル写真を撮るし、の提出で絶頂に達した位相差顕微鏡および蛍光顕微鏡を実行することができる、実験室での仕事の 15 h を表す 3 週間モジュールの終わりに多パネルをはめられた数字のポートフォリオ。約 160 1年生 320 新規トランスポゾン変異体の初期の表現に責任があった。3 つの機関での学部の研究生は追加の突然変異体の初期のフェノタイピングと系統の多くのそれに続く評価に参加しました。時間の比較的短い期間で得られる包括的なデータは、ここで説明したプロトコルの値を示しています。追加の突然変異体の数百は、将来特性の菌糸グリセロールとして格納されています。
最初の実験は、ここで説明した、次の興味の系統に係る情報の品質を拡張するさまざまな方法を用いることができます。突然変異が既知の場合ジェノタイピング法を依頼型や突然変異の位置を決定してください。たとえば、ランダムなトランスポゾン野生型染色体6,7,8,9,10、11,12,13 の突然変異の誘発上記を記述されていないなどの初期表現型スクリーンを受けるべきである植民地の結果します。反対のポリメラーゼの連鎖反応 (iPCR)61などのテクニックを使用してトランスポゾンの場所を識別する必要があります。新たに発見された突然変異体の遺伝子型を決定する次の初期特性の重要なステップです。
教室で言及されることがありますやさらなる研究を通じて探求以降表現分析のためいくつかの一般的に使用される高度な方法は、緑色蛍光タンパク質 (GFP)、興味の蛋白質の局在化のパターンを決定するためのタグ付け遺伝子発現解析などの時間の量的な PCR (qPCR) と野生型の世界的な遺伝子発現パターン変異 RNA シーケンス (seq RNA) 経由で対。表現型解析スキルも遺伝的相補性の分析のために必要です。相補性の実験では、新しく追加された対立遺伝子が変異遺伝子の機能喪失に補うことができるかどうかを決定する変異株に遺伝子の野生型のコピーを導入します。元の突然変異体と保護者による制限のそれと補完のひずみの表現型を比較すると、野生型株が必要です。
The authors have nothing to disclose.
著者は、学部学生研究員や学生研究基金賞 GVK、SGK; に Otterbein 大学を認識したいです。Otterbein ギルバート E. ミルズ教授記念恵まれてサバティカル プログラム賞を受賞し、生物学科と地球科学部研究奨学金寄附のジャブに賞。GVK と SGK バートとジェーン ホーン恵まれている学生研究基金科学が授与されました。作者は感謝するデュケイン大学 GVK の SGK の学部研究プログラム奨学金の資金によってたいです。元 Juniata の大学学部研究生、ライアン ・ ジョンソンとリンジーは、それぞれ数字 2、3、顕微鏡画像を貢献しました。
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 |