We tonen het gebruik van niet-aaneengesloten dichtheid verlopen te onderscheiden bacteriële populaties op basis van capsule productie. Deze methode wordt gebruikt capsule bedrag tussen culturen vergelijken, mutanten met een specifieke capsule fenotype te isoleren, of capsule regelgevers te identificeren. Hier beschreven is de optimalisatie en de werking van de bepaling.
Capsule is een belangrijke virulentiefactor in veel bacteriesoorten, bemiddelen immuun belastingontduiking en resistentie tegen verschillende fysieke benadrukt. Terwijl vele methoden beschikbaar te kwantificeren en capsule productie tussen verschillende stammen of mutanten te vergelijken zijn, er is geen gebruikte methode voor het sorteren van bacteriën gebaseerd op hoeveel capsule die zij produceren. We hebben een methode ontwikkeld om bacteriën scheiden door capsule bedrag, met behulp van een discontinue dichtheid verloop. Deze methode wordt gebruikt om capsule hoeveelheden semi-kwantitatief tussen culturen, mutanten met gewijzigde capsule productie isoleren en zuiveren van ingekapselde bacteriën van complexe monsters te vergelijken. Deze methode kan ook worden gekoppeld aan transposon-invoeging rangschikken om genen die betrokken zijn bij de capsule verordening te identificeren. De methode blijkt zich hier, in detail, met inbegrip van het optimaliseren van de helling, mits het voor een nieuwe bacteriesoorten of spanning, en het samenstellen en uitvoeren van het verloop van de dichtheid.
Veel bacteriesoorten produceren een polysaccharide capsule, die de bacteriële cel van verschillende fysieke stress en naar erkenning en doden door het immuunsysteem beschermt. In Klebsiella pneumoniaeis capsule productie een absolute vereiste voor infectie1,2. K. pneumoniae capsule bemiddelt resistentie tegen antimicrobiële peptiden, weerstand tegen aanvulling-bemiddelde doden, het voorkomen van fagocytose, en onderdrukking van de ingeboren immune reactie3. Capsule overproductie wordt geassocieerd met verhoogde virulentie en Gemeenschap opgelopen (in plaats van nosocomiale) infecties4.
Een aantal kwantitatieve en kwalitatieve tests zijn beschikbaar voor het onderzoeken van de capsule productie. Voor Klebsiella soorten hierbij de tekenreeks test5, waarin een tandenstoker aangeraakt naar een kolonie naar boven wordt getrokken en de lengte van de tekenreeks die gemeten, en de mucoviscosity assay6, waarbij de langzame centrifugeren van een cultuur die wordt gevolgd door het meten van de extinctie van de bovendrijvende substantie. Deze methoden zijn eenvoudig en snel, maar gebrek aan gevoeligheid bij gebruik op klassieke Klebsiella stammen in plaats van de capsule doormaken stammen. Een andere methode voor de kwantificering van de capsule is de zure test van uronic, die is technisch uitdagende en vereist het gebruik van geconcentreerd zwavelzuur1. Tenslotte is de capsule direct door microscopie (figuur 1A) zichtbaar. Van deze methoden alleen microscopie kan de gebruiker verschillende capsulation Staten in het kader van een enkele populatie observeren, en geen van deze methoden kunnen de fysieke scheiding van ingekapselde en niet-ingekapselde bacteriën.
Dichtheid gebaseerde scheidingen door kleurovergang centrifugeren worden routinematig gebruikt in de celbiologie te zuiveren van andere eukaryotische cel typen7, maar worden zelden gebruikt in microbiologisch onderzoek. De mucoviscosity assay voor Klebsiella is gebaseerd op de observatie dat zeer ingekapselde bacteriën meer tijd vergen te pellet door middel van centrifugeren, en we redeneerde dat dit veroorzaakt door verminderde totale dichtheid van ingekapselde cellen worden kan. De methode hieronder werd ontwikkeld om te onderscheiden K. pneumoniae populaties fysiek door capsule bedrag, met behulp van dichtheid kleurovergang centrifugeren (Figuur 1). Deze methode werd met succes toegepast op Streptococcus pneumoniae, die aangeeft dat het geldt voor andere bacteriesoorten. Dichtheid-verloop scheiding van een verzadigde transposon mutant bibliotheek gekoppeld transposon-invoeging sequencing (dichtheid-TraDISort) is gebruikt om genen die betrokken zijn bij de capsule productie en verordening8te identificeren. Ook deze methode werd gebruikt in combinatie met willekeurige-prime polymerase-kettingreactie (PCR) van afzonderlijke kolonies te isoleren van de niet-ingekapselde K. pneumoniae mutanten. Deze methode kan ook worden gebruikt voor snelle vergelijkingen van de capsule productie tussen verschillende bevolkingsgroepen en voorwaarden, of aan het zuiveren van de ingekapselde bacteriën van complexe monsters (figuur 1B). Ten slotte is er de optie om andere fenotypen die invloed hebben op dichtheid, zoals de celgrootte of aggregatie assay.
Dit manuscript laat zien hoe het optimaliseren van de procedure voor een nieuwe bacteriesoorten of stam en toont de bouw en de werking van een discontinue dichtheid verloop te scheiden van de hyper-ingekapselde, ingekapselde en niet-ingekapselde bacteriën.
Capsule is een belangrijke virulentiefactor in veel bacteriesoorten en K. pneumoniae3, Streptococcus pneumoniae9, immunodeficientie10, Neisseria11 soorten. Hoewel er verschillende methodes bestaan voor kwantificering en visualisatie van bacteriële capsules, is er op dit moment geen gebruikte methode om fysiek gescheiden ingekapselde en niet-ingekapselde cellen. In dit artikel, hebben wij aangetoond een robuuste methode voor capsule gebaseerde scheiding van bacteriële populaties, met meerdere mogelijke toepassingen in combinatie met verschillende stroomopwaarts of stroomafwaarts protocollen.
De aanwezigheid van een oppervlakte capsule kan verminderen bacteriële celdichtheid, waarmee de scheiding door dichtheid kleurovergang centrifugeren (Figuur 2D). We hebben deze methode in K. pneumoniae NTUH-K204412 en13 van de ATCC43816 evenals in Streptococcus pneumoniae 23F14 en haar Δcps mutant15gevalideerd. Deze methode gebruikt Percoll16 als de belangrijkste bestanddeel van het verloop van de dichtheid, die is een suspensie van gecoate Coloïdale siliciumdioxide deeltjes die lage viscositeit en geen toxiciteit ten aanzien van de bacteriën – in principe heeft andere stoffen die aan deze criteria voldoen zou kunnen zijn gebruikt om het verloop van de dichtheid.
Het kan zijn uitdagend om te zorgen dat de lagen van verschillende dichtheid Meng geen wanneer het construeren van dichtheid verlopen, en als mengen voordoet zich, de methode van scheiding niet schoon resultaten zal geven. We hebben twee alternatieve methoden voor het gieten van de hellingen, opgenomen met behulp van een naald of een pipet — zowel effectief zijn, en welke methode te gebruiken is gewoon een kwestie van voorkeur. Voor alle maatregelen die betrekking hebben op een stof (een bacteriële suspensie, of een meer verdund gradiënt laag) boven een gradiënt laag pipetteren, kunt pipetting meerdere aliquots van kleinere volumes u gemakkelijker om een sterke interface zonder enige mengen lagen.
Een beperking van dit protocol is dat zijn prestaties met andere bacteriesoorten kan niet worden gegarandeerd. Dus, het is cruciaal bij het onderzoek van een nieuwe bacteriesoorten of spanning voor het valideren van de dichtheid gebaseerde scheiding met behulp van een extra, onafhankelijke capsule kwantificering methode. Visualiseren van de bacteriën aanwezig in iedere fractie door microscopie met passende capsule vlekken is een betrouwbare methode waarvoor gedetailleerde protocollen beschikbaar17 zijn. U kunt ook kunnen capsules met uronic zuren (zoals die van Escherichia coli en K. pneumoniae) worden gekwantificeerd door een specifieke bepaling zoals weergegeven in Figuur 2B1. De centrifugeren gebaseerde mucoviscosity-test is niet geschikt als een onafhankelijke validatiemethode wordt gebruikt die, zoals deze bepaling hangt ook af van de dichtheid van de bacteriecellen.
Een andere beperking van deze methode is dat de productie van de capsule zeer gevoelig voor kweekomstandigheden, en zelfs kleine aanpassingen aan groeimedium, temperatuur is, of beluchting van invloed kan zijn op de resultaten van deze test. Om dit probleem te minimaliseren, onderzoekers kunnen een gedefinieerde groeimedium of een batch-consistent complex medium gebruikt, houden alle andere groeiparameters identiek tussen experimenten en passende controlemaatregelen stammen zodat de interpretatie van onverwachte resultaten . Sommige bacteriële capsules zijn kwetsbaar en ergens buiten de cel kunnen schuintrekken wanneer culturen zijn afgepipetteerde. Om te voorkomen dat het afsnijden van capsules, moeten culturen worden gecentrifugeerd en geresuspendeerde niet meer dan tweemaal tijdens de voorbereiding voor het laden op de helling. Als het verlies van de capsule tijdens de concentratie van de culturen blijft problematisch, bacteriële culturen kunnen worden toegepast op een dichtheid verloop rechtstreeks, met een groter volume van bacteriële suspensie toegevoegd indien nodig voor visualisatie.
Toekomstige toepassingen van deze methode zijn toe te passen op andere bacteriesoorten, en het gebruik van deze scheiding in combinatie met verschillende technologieën van de upstream- en downstream. Naast dichtheid-TraDISort8, is het raadzaam dat de dichtheid verlopende scheiding van ingekapselde bacteriën kan worden gebruikt voor isolatie van mutanten met gewijzigde capsule, voor zuivering van ingekapselde cellen uit gemengde culturen of complexe monsters, en voor snelle profilering van capsule productie bij meerdere stammen. Ten slotte, deze technologie kan worden gebruikt om te onderzoeken van andere bacteriële fenotypen zoals aggregatie.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken Wang Jin-Town en Susannah Salter voor levering van virusstammen, en leden van de groep van de Parkhill voor nuttige discussies. Dit werk werd gefinancierd door de Wellcome Sanger Instituut (Wellcome grant 206194), en door een Sir Henry Wellcome postdoctoral fellowship aan F.L.S. (grant 106063/A/14/Z). M.J.D. wordt ondersteund door een Wellcome Sanger Instituut PhD studententijd.
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-01 | |
Centrifuge 5810R with Rotor A-4-81 and 500ml buckets | Eppendorf | 5810 718.007 | |
Adapters for 15ml tubes | Eppendorf | 5810 722.004 | |
Fixed andgle rotor F-34-6-38 | Eppendorf | 5804 727.002 | |
2.6 – 7ml tube adapter | Eppendorf | 5804 739.000 | |
Centrifuge 5424 including Rotor FA-45-24-11 | Eppendorf | 5424 000.460 | |
2ml tubes | Eppendorf | 0030 120.094 | |
1.5ml tubes | Eppendorf | 0030 120.086 | |
5ml polypropylene round bottom tube | Falcon | 352063 | |
1ml disposable syringe Luer slip | Becton Dickinson | 300013 | |
AGANI Needle 21G Green x 1.5" | Terumo | AN 2138R1 | |
P1000 pipette and tips | |||
P200 pipette and tips |