L'elettroporazione è un metodo comunemente impiegato per introdurre DNA in batteri in un processo noto come trasformazione. Protocolli tradizionali per la preparazione di cellule elettrocompetenti sono in termini di tempo e manodopera. Questo articolo descrive un modo alternativo, rapido ed efficiente metodo per la preparazione di cellule elettrocompetenti attualmente impiegati da alcuni laboratori.
Elettroporazione è diventato un metodo ampiamente utilizzato per rapidamente ed efficacemente introdurre DNA esogeno in una vasta gamma di celle. Electrotransformation è diventato il metodo di scelta per introdurre DNA in procarioti che non sono naturalmente competente. L'elettroporazione è un metodo di trasformazione rapida, efficiente e semplificato che, oltre al DNA purificato e batteri competenti, richiede commercialmente disponibile regolatore di impulsi gene e cuvette. In contrasto con il passo pulsare, preparazione di cellule elettrocompetenti richiede molto tempo e manodopera coinvolgendo ripetuti cicli di centrifugazione e lavaggi in diminuzione volumi di acqua fredda e sterile, o buffer non-ionici di grandi volumi di colture cresciute a metà fase logaritmica di crescita. Il tempo e lo sforzo possono essere salvati con l'acquisto di cellule elettrocompetenti da fonti commerciali, ma la scelta è limitata a comunemente impiegati E. ceppi di laboratorio coli. Stiamo presente diffusione di una rapida emetodo efficiente per la preparazione elettrocompetenti E. coli, che è stato in uso nei laboratori di microbiologia per qualche tempo, può essere adattato a V. cholerae e altri procarioti. Anche se non possiamo accertare chi al credito per lo sviluppo della tecnica originale, stiamo dichiara renderlo disponibile alla comunità scientifica.
Fin dalla sua 'nascita nei primi anni del 1980 1, elettroporazione è diventata una tecnica di biologia molecolare integrale, probabilmente il singolo metodo più utilizzato per trasformare / trasfezione cellule vive con acidi nucleici circolari o lineari. Originariamente sviluppato per la trasfezione di cellule eucariotiche 1, elettroporazione è stato successivamente adattato per la trasformazione di E. coli 2, 3. In batteriologia, elettroporazione è diventato lo standard di laboratorio ed è stato modificato per trasformare una vasta gamma di batteri Gram-negativi, tra cui Pseudomonas 4, 5 salmonelle, vibrioni 6, Serratiae e Shigella 7; Clostridia Gram-positivi 8, Bacilli 9, lattobacilli 10 ed enterococchi 11. Anche alcuni Archaebacteria hanno dimostrato suscettibile di trasformazione mediante elettroporazione, tra cui Methanococci </em> 12 e Sulfolobus specie 13. Per una rassegna completa si rimanda al Aune e Aachmann 14. L'efficienza di trasformazione mediante elettroporazione è riferito 10-20 volte superiore a quello di competenza chimico o shock termico 2. Tuttavia, come per la preparazione di batteri per la competenza chimica ottimizzata da Douglas Hanahan nel 1980 15, le cellule devono anche essere pronti a essere elettrocompetenti.
L'elettroporazione è un mezzo rapido ed efficace di trasformazione batterica, che richiedono batteri elettrocompetenti, DNA purificato, un modulo di controllo degli impulsi che fornisce l'impulso elettrico, e una camera che può ospitare piccole celle monouso che funzionano come un elettrodo. Brevemente, freddo, batteri competenti sono mescolati con DNA plasmidico, sottoposto ad un impulso ad alta tensione in una cuvetta, risospese in terreno di crescita, incubate a 30-37 ° C per 30-45 min, e quindi piastrate su terreno semisolido (agar nutriente piastre) con la caopriate antibiotico selettivo.
In contrasto con il passo pulsare, la preparazione di elettrocompetenti E. coli rimane una procedura più parti che è tradizionalmente effettuata in grandi volumi. In breve, una cultura overnight di batteri viene inoculato in una beuta con 100 ml a 1 L Luria Broth (LB), cresciuto fino a metà fase logaritmica di crescita (OD 600 <1.0), e sottoposti a lavaggi seriali con una non sterile ionico tampone o acqua bidistillata (DDH 2 O) discendente volumi a 4 ° C. Grande cura deve essere presa per mantenere le cellule freddo durante tutta la procedura ed evitare la contaminazione. Ciò richiede l'impiego di secchi centrifugazione autoclave e tamponi non ionici o DDH 2 O, un agitatore incubatore orbitale, un grande volume ad alta velocità centrifuga refrigerata e un set di rotori. I batteri sono infine risospese in un piccolo volume di tampone supplementato con 10% glicerolo e frazionato in ~ 40 volumi microlitri, which vengono conservati a -80 ° C fino all'utilizzo. Stoccaggio a bassa temperatura spesso si traduce in efficienza di trasformazione è diminuito a causa della perdita di redditività nel tempo.
Cellule batteriche elettrocompetenti sono disponibili da una varietà di fonti commerciali ma solo per un numero limitato di (spesso ricombinazione-deficient) E. coli comunemente impiegati come host di propagare una vasta gamma di plasmidi. Come risultato i ricercatori si basano su metodi di in-house per preparare i propri ceppi / mutanti per la trasformazione.
Un alternate, protocollo rapido ed efficiente per la preparazione di elettrocompetenti E. coli è stato in uso da alcuni laboratori di microbiologia molecolare per qualche tempo ed è stato esteso a ulteriori batteri Gram-negativi, nel nostro caso V. cholerae. Il mittente del protocollo non può essere identificato come è stato ottimizzato da altri ricercatori nel tempo. Il metodo qui presentato è stato usato nella nostra laboratories per quasi due decenni, ed è il nostro obiettivo di condividere questo protocollo utile con i nostri coetanei.
Efficienza di trasformazione è soggetta ad una varietà di fattori indipendentemente dal metodo impiegato per preparare cellule competenti. Variabili analoghe valgono per questo metodo; grande cura deve essere presa che una volta che le cellule vengono raccolte dalla piastra di agar tale che essi siano mantenuti a temperatura costante fredda (non superiore a 4 ° C). Il prato batterica deve essere in fase di crescita al momento della raccolta, le cellule devono essere in fase mid-logaritmica di crescita. Qualità di DNA (cioè sporcizia di sali) influenza l'efficienza della trasformazione. In particolare, quando si impiega questo metodo, l'agar non deve essere rotto come frammenti di agar nella cuvetta causeranno arco dell'impulso.
La maggior parte dei problemi incontrati con questa tecnica sono associate a due questioni, raccogliere i batteri durante la corretta finestra di tempo dalla piastra di agar quando sono in attiva crescita. Raccolta troppo presto darà il numero di cellule insufficiente e renderà l'raschiando la piastra di agar LB frustrante, perché il "pellicule" essi costituiscono è difficile da sollevare la superficie della piastra. Batteri Raccolta troppo tardi diminuiranno la loro competenza in modo drammatico. La finestra di tempo sarà naturalmente variare a seconda della densità dell'inoculo piastrate su piastre di LB agar. Il secondo passo fondamentale è quello di mantenere i batteri freddo (4 ° C) dal momento in cui sono sollevati da piastra di agar e risospese in CaCl 2 o DDH 2 O fino a quando sono piastrate su agar LB seguente trasformazione. I tubi microcentrifuga contenenti i batteri, cuvette e tampone devono essere pre-raffreddato e conservato in ghiaccio a tutte le ore fino a quando i batteri sono placcati. Tuttavia, ulteriori problemi possono sorgere quando la sterile DDH 2 O o CaCl 2 contengono precipitato o sono contaminati. Per questo motivo si consiglia di preparare questa nuova reagente.
Trasformazione risoluzione dei problemi è facilitato dalla compresi i controlli durante la trasformazione bacteria reso competente con qualsiasi metodo. Un controllo negativo costituito da un gruppo di batteri competenti non trasformate placcato su una piastra di agar LB contenente il marcatore selettivo sarà rapidamente aiutare a determinare se l'antibiotico sulla piastra è efficace. Una trasformazione controllo positivo con una preparazione plasmide noto di buona qualità e quantità ospitare lo stesso marcatore selettivo come il campione sperimentale sarà utile per determinare se i batteri sono competenti, ma anche se il DNA sperimentale trasformata era sufficiente in quantità o qualità.
I vantaggi di questa tecnica sono molteplici, il metodo può essere effettuato nello stesso giorno che una trasformazione è prevista. Abbiamo scoperto che il glicerolo batteriche congelati magazzino può essere placcato direttamente sul agar LB senza alcuna perdita di electrocompetence, abbiamo fatto in situazioni di "emergenza" (dopo dimenticando per avviare la cultura durante la notte il giorno prima). Anche se non abbiamo potuto testare emolto ceppo noto, qualsiasi E. coli o V. ceppo cholerae che può essere trasformato da elettroporazione è suscettibile di questo protocollo nelle nostre mani. La tecnica è rapida, efficace e produce efficienze di trasformazione paragonabili a quelli ottenuti da preparare batteri elettrocompetenti impiegano metodi tradizionali. Il metodo elimina la necessità di centrifuga ad alta velocità e rotori associati, un agitatore incubatore orbitale e secchi centrifuga sterili (contenitori), e grandi volumi di tampone autoclave. Anche se la tabella di reagenti specifici e attrezzature è abbastanza completo, la maggior parte dei laboratori che effettuano elettroporazione avranno la maggior parte, se non tutti, di questi materiali già disponibili. Forse la cosa più importante, la tecnica può essere facilmente applicata per generare ceppi specifici del laboratorio elettrocompetenti con sfondi mutanti rapidamente. Siamo consapevoli dei limiti di questa tecnica in quanto ha sostituito il tradizionale metodo di preparazione di elettrocompetent batteri nei nostri laboratori.
I risultati dei nostri esperimenti qui illustrati sono stati effettuati con cellule elettrocompetenti freschi prodotti con il metodo tradizionale che era stato conservato a -80 ° C per non più di 1 settimana. Tuttavia, scorte congelate cellulari elettrocompetenti perdono la competenza e la redditività o per lunghi periodi di stoccaggio prolungati. Il nostro protocollo abbreviata consente la preparazione di cellule elettrocompetenti freschi stesso giorno la trasformazione è prevista senza preoccupazioni età del magazzino che può provocare resa trasformante diminuito. Non abbiamo tentato di conservare le cellule elettrocompetenti prodotte utilizzando il metodo rapido per l'utilizzo in un altro giorno come questo non è stato necessario.
Sebbene non mostrato qui, l'efficienza delle cellule elettrocompetenti preparato utilizzando il nostro metodo rapido è sufficiente per le miscele di ligazione. Le trasformazioni riportati per non-O1 V. cholerae in un recente articolo di Unterweger et al.17 sono state effettuate utilizzando batteri elettrocompetenti preparato con il procedimento descritto qui (tranne quelle effettuate mediante coniugazione). Questa tecnica permette ai ricercatori di trasformare ceppi mutanti con background rapido ed efficace, senza dover preparare grandi lotti di cellule. Questa rapida preparazione del metodo di batteri elettrocompetenti potrebbe essere adattato ad altri procarioti che hanno dimostrato di essere suscettibili di elettroporazione come il principio di preparazione e le impostazioni di elettroporazione stanno per essere le stesse di quelle dei protocolli tradizionali.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori sono riconoscenti ai loro colleghi e il personale dei laboratori presenti e passati che hanno sostenuto lo sviluppo di questa tecnica. Il laboratorio di SP è sostenuta dal Canadian Institute for Health Research Grant operativo MOP-84473 e Alberta innova-Health Solutions (finanziati dalla Fondazione Alberta Heritage per la ricerca medica Endowment Fund). PS è stato sostenuto dal National Institutes of Health concede MD001091-01 e GM068855-02.
Name of the Equipment | Company | Catalogue number |
Gene Pulser Module | Bio-Rad | 165-2668 |
Gene Pulser Cuvette Chamber | Bio-Rad | 165-2669 |
Electrocuvettes (0.2 cm gap) | Bio-Rad | 165-2082 |
13 x 100 mm Pyrex Rimless Culture Tubes | Corning | 70820-13 |
13 mm Culture Tube Closures | Cole Parmer | EW-04500-00 |
6 x 250 mm Glass Rod | Lab Source | 11381D |
Disposable Petri Dishes | Fisher Scientific | 08-757-12 |
Roller Drum Motor Assembly | New Brunswick Scientific | M1053-4004 |
Roller Drum for 13 x 100 mm Culture Tubes | New Brunswick Scientific | M1053-0306 |
Calcium chloride | Sigma Chemicals | C5670 |
Ethanol, anhydrous/denatured | Sigma Chemicals | 227649 |
Inoculating Loop | Decon Labs | MP182-5 |
Refrigerated Microcentrifuge 5451 R | Eppendorf | 22621425 |
Bunsen Burner | Fisher Scientific | 03-917Q |
LB Broth MILLER | EMD | 1.10285.0500 |
Bacteriological Agar | Fisher Scientific | S25127 |