Высокая пропускная мощность Ко-культуры Анализы для исследования микробных взаимодействий

В природе микроорганизмы редко существуют в изоляции; следовательно, они постоянно взаимодействуют с другими организмами. Поэтому изучение того, как микроорганизмы взаимодействуют друг с другом, имеет важное значение для понимания множества микробных поведений^1. Микробные взаимодействия могут быть взаимоиссосимыми, сопутствующими или антагонистическими. Эти в teractions может повлиять не только на сами химеры микроорганизмов, но и окружающей среды и хостов, что микроорганизмы колонизировать^1,2.

Многие ученые изучают микробные взаимодействия для выявления новых антимикробных молекул. Одна из первых клинически важных молекул противомикробных препаратов была обнаружена в результате изучения микробных взаимодействий. Сэр Александр Флеминг наблюдал загрязняющий пенициллий spp. изолировать, что препятствует росту штамма стафилококка, что привело к открытию широко используемых антибиотик пенициллин³. Характеристика механизмов, которые микроорганизмы используют для антагонизма своих конкурентов, остается плодотворным ресурсом для открытия антимикробных молекул. Например, недавно было показано, что Streptomyces sp. штамм Mg1 производит антибиотики линейных, которые имеют литическую и деградативную активность против Bacillus subtilis⁴.

Кроме того, нерибосомолицко синтезированный пептид имени lugdunin был недавно обнаружен после наблюдения, что носовой комменсальный стафилококк lugdunensis ингибирует золотистый стафилококк⁵. Исследования также показали, что взаимные взаимодействия между микроорганизмами столь же сильны, как антагонистические взаимодействия для открытия антимикробных молекул. Например, многие грибок-фермерских муравьев в племени Attini гавани симбиотические бактерии под названием Pseudonocardia на их экзоскелет, который производит противогрибковые молекулы для ингибирования обязывает возбудителя их грибковой культурой⁶. Поскольку изучение микробных взаимодействий было полезным для обнаружения антимикробных молекул, использование высокопроизводительных экранов может привести к открытию новых антимикробных молекул.

Что касается стоимости и простоты работы, то методологии, используемые для изучения микробных взаимодействий, варьируются от простых до сложных. Например, анализ агар-штепсельной вилки является недорогим и простым методом, который может быть использован для исследования антагонизма между несколькими микроорганизмами^7. Тем не менее, анализ агар-штепсельной вилки не является эффективной процедурой и может быть трудоемким для многих парных комбинаций. Для оценки влияния микробно производимых продуктов на целевые изоляты, представляющие интерес в высокой пропускной форме, многие лаборатории используют дискдиффузионные анализы⁸. Эти анализы просты и недороги и могут быть масштабируемыми для более высокого числа образцов^7. Тем не менее, этот анализ требует генерации микробных экстрактов и может привести к вводящим в заблуждение результатам для определенных комбинаций организмов-мишеней и антибиотиков, таких как сальмонеллы и цефалоспорины⁹.

Предыдущие подходы опирались на изолированные компоненты для вырастающей реакции в организме-мишень, вместо того, чтобы позволить микроорганизмам взаимодействовать друг с другом. Это примечательно, потому что взаимодействие между микробами может вызвать производство “загадочных” антимикробных молекул, которые не производятся в монокультуре. Например, недавно было показано, что противомикробный кейицин производится только Micromonospora sp. при совместной культуре с Rhodococcus sp., который изолирован от той же губки^{микробиом 10}. Более сложные методологии взаимодействия обходят эту потенциальную монокультурную помеху. Например, iChip полезен для изоляции редких и трудно культивируемых бактерий из экологических образцов и позволяет наблюдать микробных взаимодействий через рост на месте¹¹. Для детального изучения взаимодействий можно использовать матричную лазерную десорпацию/ионизацию масс-спектрометрии изображений (MALDI-TOF-IMS). Этот подход содержит подробную информацию о составе и распределении малых молекул и пептидов, производимых путем взаимодействия микробных колоний с высоким пространственным разрешением. MALDI-TOF-IMS также был использован в многочисленных исследованиях бактериальных взаимодействий для характеристики механизмов конкуренции^12,13,14,15. Тем не менее, MALDI-TOF-IMS часто требует кропотливой подготовки образцов, специализированных экспертиз для работы оборудования, а также дорогих и специализированных масс-спектрометров. По этим причинам, это трудный метод для использования для высокой пропускной воды исследований. Таким образом, было бы полезно провести простой, масштабируемый и высокопроизводительный анализ совместной культуры микробных взаимодействий, который преодолевает многие ограничения вышеуказанных подходов.

Здесь представлен протокол высокой пропускной пролимки микробной кокультуры. Этот анализ прост и легко включен в уже существующие исследования микробных взаимодействий. В отличие от многих широко используемых методов для изучения микробных взаимодействий, наш метод прост, недорог и поддается исследованию большого количества взаимодействий. Эти анализы не только просты в исполнении, но материалы широко доступны у большинства лабораторных поставщиков или государственных ресурсов (например, библиотек и makerspaces). Следовательно, этот анализ является выгодным в качестве первой линии исследования для выявления и разбора интересных моделей среди многих парных комбинаций микроорганизмов, которые могут быть особенно полезны для исследования микробной экологии.