מתוארת שיטת מיקרו-פלטה מבוססת צפיפות אופטית לכימות גידול חיידקים ארוך טווח בנוכחות בקטריופאג’ים, המתאימים לאקטינומיצטים ולחיידקים אחרים הגדלים לאט. שיטה זו כוללת שינויים להפחתת אידוי ועיבוי מכסים וקוד R לחישוב מדדי הדבקה בנגיף, כולל השטח שמתחת לעקומה, מקסימום צמיחה ואלימות יחסית.
בקטריופאג’ים הם חלק מרכזי בסביבות טבעיות, ויש להם יכולת רבת עוצמה לעצב אוכלוסיות חיידקים. כדי להבין כיצד פאגים בודדים מתקשרים עם פונדקאים חיידקיים הגדלים לאט, כגון אקטינומיצטים, יש צורך בשיטה קלה ואמינה לכימות גידול חיידקים ארוך טווח בנוכחות פאגים. קוראי מיקרו-לוחות ספקטרופוטומטריים מאפשרים מדידות חוזרות בתפוקה גבוהה, אך דגירה של נפח קטן למשך זמן ממושך עלולה להציב אתגרים טכניים. הליך זה מתאים מיקרו-צלחת סטנדרטית של 96 בארות כדי לאפשר תרבית משותפת של פאגים וחיידקים ללא תת-דגימה במשך 96 שעות, כאשר צמיחת החיידקים נרשמת כל 8 שעות באמצעות ערכי ספיגה ספקטרופוטומטריים. ערכי צפיפות אופטית אלה מנותחים באמצעות R כדי להניב מדדי זיהום, כולל עיכוב הצמיחה באחוזים, אלימות יחסית ומדד Stacy-Ceballos. השיטות המתוארות כאן מספקות דרך יעילה לנהל ולנתח ניסויים בעקומת גדילה של מיקרו-צלחות ממושכות וכוללות שינויים להפחתת אידוי ועיבוי מכסים. פרוטוקולים אלה מאפשרים בדיקות מבוססות מיקרו-צלחות של אינטראקציות בין מארחי חיידקים הגדלים לאט לבין הבקטריופאג’ים שלהם.
בקטריופאג’ים או פאגים הם וירוסים שמדביקים חיידקים. הם הישויות הביולוגיות הרבות ביותר על פני כדור הארץ1, ומקובל כי בקטריופאג’ים משפיעים על אבולוציה חיידקית ועל תהליכים אקולוגיים 2,3,4. קיימות מספר שיטות לתאר, למדוד ולנתח טווח מארח בקטריופאג’ 8 ודינמיקת זיהום5,6, כולל שיטות מבוססות אגר כגון שיטת אגר דו-שכבתית7 ושיטות מיקרו-לוחות מבוססות צפיפות אופטית8,9,10,11,12. לכל שיטה יתרונות וחסרונות משלה. בשל יעילותן, בדיקות ציפוי בשיטת אגר דו-שכבתית הן “תקן הזהב” למבחני טווח מארחים, אך שיטה זו דורשת זמן ועבודה9. שיטות מיקרו-צלחות מהירות, אשר מחזירות תוצאות תוך 24 שעות או פחות, נותנות תוצאות מצוינות עבור מארחים חיידקיים הגדלים במהירות כגון Escherichia coli 9,10,11,12, אך הן קצרות מכדי להציג את התקדמות זיהום הבקטריופאג’ בפונדקאים חיידקיים הגדלים לאט יותר כגון אקטינומיצטים 7,13,14,15.
בדיקת מיקרו-צלחות מבוססת צפיפות אופטית המיועדת לחיידקים הגדלים במהירות אינה יכולה להיות מופעלת במשך הימים המרובים הנדרשים כדי לאפיין את דינמיקת הזיהום בחיידק מארח הגדל לאט מבלי שתתרחש אידוי ותעניק צפיפות חיידקים גבוהה באופן מלאכותי. לפיכך, השגת נתונים דומים בתפוקה גבוהה על דינמיקת זיהום בקטריופאג’ים עבור מיני חיידקים הגדלים לאט דורשת טכניקות מיוחדות המותאמות לחיידקים אלה.
שיטת המיקרו-צלחות המוצגת כאן מפחיתה את האידוי, ובכך מאפשרת לחיידקים הגדלים לאט להיות בתרבית משותפת עם פאג לתקופה ממושכת של 96 שעות ומאפשרת לחקור את דינמיקת זיהום הפאגים ואת טווח המאכסן. שיטה זו מציגה גם את מדד Stacy-Ceballos16, מדד מבוסס צפיפות אופטית המאפשר השוואות אלימות בין מערכות וירוסים מארחים שונות.
שיטת מיקרו-צלחות מבוססת צפיפות אופטית זו מאפשרת לחקור את טווח מארח הבקטריופאג’ ואת דינמיקת הזיהום11 ומראה את התועלת של מדד Stacy-Ceballos16 כמדד לאלימות הבקטריופאג’ים. בעוד שניתן להשתמש בשיטה זו עם כל מערכת בקטריופאג’-מארח, היא תוכננה במיוחד כדי להתאים מבחני גדילה מהיריםשל מיקרו-צלחות 9,10,11 לשימוש עם חיידקים הגדלים לאט יותר כגון אקטינומיצטים. לא ניתן להשתמש במבחני מיקרו-צלחות מהירים עבור חיידקים הגדלים לאט ללא שינויים לטיפול באידוי ועיבוי מכסים. שיטה זו מתארת שינויים הכרחיים אלה ומדגימה לראשונה את השימוש במדד Stacy-Ceballos ובמדדים קשורים16 לתיאור זיהום בקטריופאג’ים.
אידוי יכול להוות אתגר משמעותי במבחני עקומת צמיחת לוחות רב-יומיים של 96 בארות; שיטה זו פותרת בעיה זו על ידי הוספת אגרוז לבארות הגבול ולרווחים שבין הבארות. שולי האגרוז, בשילוב עם טיפול נגד מכסה ערפל22, מספקים את הלחות הדרושה בתוך המיקרו-צלחת ומאפשרים מדידות צפיפות אופטית אמינות. ללא תוספת לחות, אידוי אפקט קצה משמעותי מתרחש23 במהלך תקופת הדגירה הארוכה הנדרשת, מה שמוביל לקריאות צפיפות אופטית גבוהה באופן מלאכותי. הטיפול במכסה נגד ערפל הוא שינוי הכרחי מכיוון שעיבוי מכסה יכול גם להעלות באופן מלאכותי את ערכי הצפיפות האופטית. ניעור הצלחות במהלך תקופת הדגירה הוא שינוי מומלץ, שכן חיידקי אקטינומיצט עלולים להתגבש במהלך הצמיחה, לתת ערכי צפיפות אופטית גבוהים באופן מלאכותי ולהפחית ביעילות את ריבוי הזיהום.
היחס בין חיידקים לפאגים בניסויים המאפיינים דינמיקה של זיהום הוא קריטי, מכיוון שחייבים להיות מספיק פאגים כדי להראות אפקט זיהום, אבל לא רבים כל כך שאוכלוסיית החיידקים המארחים קורסת מיד9 או שתדירות הליזוגניות גדלה באופן דרמטי28. בשיטה זו, היחס שנמצא כיעיל ביותר לקבלת תוצאות עקביות היה MOI של 1, אך תוצאות שמישות התקבלו גם עם MOI של 0.1 ו-0.01. בעת יישום שיטה זו, מומלץ לבחור ריכוז אחד של חיידקים ולבדוק ריכוזי פאגים מרובים בטווח MOI של 0.01-1 9,10,11.
טכניקה זו המתוארת כאן מאפשרת להעריך אינטראקציות בקטריופאג’-מארח עבור חיידקים הגדלים לאט במבחני מיקרו-צלחות בעלי תפוקה גבוהה, במקום באמצעות תת-דגימה מבקבוק תרבית גדול יותר בכל מרווח מדידה29. יתר על כן, על ידי הדגמת האופן שבו ניתן להתאים מבחני גדילה של מיקרו-צלחות 9,10,11, טכניקה זו מגדילה את התועלת של מבחני בקטריופאג’ים אחרים מבוססי מיקרו-צלחות עבור חיידקים הגדלים לאט יותר, כולל אפיון פאגים5,6,12 ומחקרי אבולוציה 30,31. לבסוף, שיטה זו מדגימה את השימוש במדד Stacy-Ceballos16 לתיאור זיהום בקטריופאג’ים. מדד זה פותח בתחילה עם נתונים ממערכת מודל וירוסים ארכאית והוא מחושב מערכי צפיפות אופטית, ובכך מעניק לו תועלת נרחבת במערכות וירוסים שונות.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק NSF DBI Biology Integration Institute (BII) (פרס מס’ 2119968; PI-Ceballos) ועל ידי תוכנית INBRE של ארקנסו, עם מענק מהמכון הלאומי למדעי הרפואה הכלליים, (NIGMS), P20 GM103429 מהמכונים הלאומיים לבריאות. המחברים מעריכים גם את התמיכה של תוכנית המחקר לתואר ראשון בקיץ של פטרסון באוניברסיטה הבפטיסטית וואצ’יטה.
Agarose | Omni-Pur | 2090 | for filling border wells of microplate |
Costar 96 Well Lid Low Evaporation Corner Notch | Corning | 3931 | replacement microplate lid |
Isopropanol | Fisher Chemical | A461-4 | for lid coating |
Microplate reader | Tecan Spark 20M | ||
Microplate Shaker with 4-Place Platform | Thermo Fisher Scientific | 88-861-023 | to shake plates during incubation |
Non-Tissue Culture-Treated Plate 96 well | Falcon (a Corning Brand) | 351172 | microplate for growth curve assay |
Peptone yeast calcium (PYCa) agar | Homemade | 1 g peptone 15 g yeast extract 15 g agar 990 mL dd H2O 4.5 mL 1 M CaCl2 2.5 mL 40% dextrose 1 mL 10 mg/mL cycloheximide |
|
Peptone yeast calcium (PYCa) broth | Homemade, from Reference 16 | 1 g peptone 15 g yeast extract 990 mL dd H2O 4.5 ml 1 M CaCl2 2.5 mL 40% dextrose 1 mL 10 mg/mL cycloheximide |
|
Peptone yeast calcium (PYCa) top agar | Homemade | 1 g peptone 15 g yeast extract 4 g agar 990 mL dd H2O 4.5 mL 1M CaCl2 2.5 mL 40% dextrose |
|
Petri plates | Thermo Fisher Scientific | FB0875713 | for determination of bacterial concentration and phage titer assay |
Phage Buffer | Homemade, from Reference 7 | 10 mL 1 M Tris, pH 7.5 10 mL 1 M MgSO4 4 g NaCl 980 ml dd H2O |
|
R software | https://www.r-project.org/ | version 4.3.0 | |
Sterile Disposable PETG Flask Baffled Bottom w/Vented Closure | Thermo Fisher Scientific | 4116-1000 | for bacterial culture |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | 9036-19-5 | for lid coating |