Method Article
פרוטוקול זה מתמקד בשימוש בציטומטריית זרימה וספירת חרוזים כדי לכמת נבגי חיידקים המסומנים באתידיום ברומיד. השיטה יעילה גם לניתוח הצימוד הקוולנטי של חלבונים על פני השטח של נבגים שלמים.
הנבגים של Bacillus subtilis כבר הוצעו ליישומים ביוטכנולוגיים ואימונולוגיים שונים; עם זאת, יש צורך הולך וגובר בפיתוח מתודולוגיות המשפרות את הזיהוי של אנטיגנים משותקים על פני השטח של נבגים יחד עם כימות שלהם. ניתוחים מבוססי ציטומטריית זרימה הוצעו בעבר כגישות מהירות, אמינות וספציפיות לאיתור תאים מסומנים של B. subtilis. כאן אנו מציעים להשתמש בציטומטריית זרימה כדי להעריך את יעילות התצוגה של נוגדן פלואורסצנטי (FA) על פני הנבג ולכמת את מספר הנבגים באמצעות ספירת חרוזים.
לשם כך השתמשנו באתידיום ברומיד כסמן דנ"א ובנוגדן עם תווית אלופיקוציאנין (APC), שהוצמד לנבגים, כסמן פני השטח. כימות הנבגים בוצע באמצעות ספירת חרוזים, שכן טכניקה זו מדגימה דיוק גבוה בזיהוי תאים. הנבגים המסומנים נותחו באמצעות ציטומטר זרימה, שאישר את הצימוד. כתוצאה מכך, הוכח כי תיוג DNA שיפר את דיוק הכימות על ידי ציטומטריית זרימה, לזיהוי נבגים מונבטים. נצפה כי אתידיום ברומיד לא היה מסוגל לתייג נבגים רדומים; עם זאת, טכניקה זו מספקת קביעה מדויקת יותר של מספר הנבגים עם חלבון פלואורסצנטי המצומד לפני השטח שלהם, ובכך מסייעת בפיתוח מחקרים המתמקדים בשימוש בנבגים כפלטפורמה ביוטכנולוגית ביישומים שונים.
Bacillus subtilis הוא חיידק גראם-חיובי בצורת מוט המסוגל לייצר נבגים שקטים כאשר תנאי הסביבה אינם מאפשרים צמיחת תאים1. נבגים הם צורות תאים יציבות ביותר ואלה של כמה מינים, כולל B. subtilis, נמצאים בשימוש נרחב כפרוביוטיקה לשימוש בני אדם ובעלי חיים2. בשל תכונות העמידות והבטיחות שלו, הנבג של B. subtilis, המציג חלבונים הטרולוגיים, הוצע כאדג'ובנט רירי, מערכת אספקת חיסונים, ופלטפורמת אימוביליזציה של אנזימים 3,4.
כדי להשיג נבגים מ B. subtilis, יש צורך לחשוף אותו למחסור תזונתי באמצעות מדיום תרבות מיוחד. לאחר השגת נבגים אלה וטיהורם, יש לכמת אותם כדי לשפר את יעילות הבדיקה 5,6. לפיכך, שיטות מסוימות מיושמות כדי לנתח את ריכוז הנבגים המתקבלים. ניתן להשתמש בספירת לוחות ובתא פטרוף-האוסר, הידוע גם בשם תא ספירה. האחרון פותח במקור כדי לקבוע את ריכוז תאי הדם; עם זאת, ניתן להשתמש בו בתחום המיקרוביולוגיה לספירת נבגים 7,8. למרות היותה השיטה הסטנדרטית המשמשת לספירת תאים, הקריאה מייגעת מכיוון ששיטה זו ידנית לחלוטין והדיוק שלה תלוי בניסיון של המפעיל.
ניתוחים מבוססי ציטומטריה של זרימה (FC) הוצעו בעבר כגישות מהירות, אמינות וספציפיות לזיהוי תאים מסומנים של Bacillus spp. השימוש בציטומטריית זרימה לספירת חרוזים הבטיח יכולת שחזור בספירת תאים בבדיקות שגרתיות (ספירה מוחלטת של לימפוציטים מסוג CD4 ו-CD8 T) ובפיתוח מחקר המערב חלקיקים המסוגלים לגילוי ולספירה באמצעות ציטומטריית זרימה9. גודג'פרי ואלשריף הציעו להשתמש בספירת חרוזים לכימות FC של נבגים לא מסומנים10. השימוש בציטומטריית זרימה תואר לניטור נבגים ב- Bacillus spp. באמצעות תיוג DNA של נבג 10,11,12,13. מחקר נוסף השתמש ב-FC כדי להעריך את כמות החלבונים המסומנים באופן פלואורסצנטי על פני הנבג15.
מחקר זה ביקש להשתמש בחרוזי ספירה מסחריים כדי להבטיח סטנדרט של יכולת שחזור ביחס לספירת אירועים באמצעות ציטומטריית זרימה. כאן, אנו מציעים להשתמש בספירת חרוזים לספירת תאים ב- FC כדי לחדד את ספירת הנבגים ולהעריך את יעילות הצימוד של נוגדנים המסומנים באופן פלואורסצנטי על פני הנבג.
עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים הקשורים לכל החומרים, המכשירים והתוכנות המשמשים בפרוטוקול זה.
1. הגדרת ציטומטריית זרימה
2. הכנת הנבגים
3. כימות של נבגים אוטוקלאביים באמצעות ציטומטריית זרימה
4. ניתוח באמצעות ציטומטריית זרימה
5. הערכת מדד צימוד החלבונים על משטח נבג באמצעות ציטומטריית זרימה
בדגימות נבגים אוטוקלאביים (AS), 2 × 103 נבגים/μl ו-1 × 103 נבגים/μl זוהו באמצעות ספירת חרוזים ושיטת Petroff-Hausser, בהתאמה (איור 2).
איור 1: סכמה כללית לכימות נבגים. (A) נבגים המסומנים ב-EtBr ו-(B) נבגים בעלי תווית כפולה. קיצורים: EDC = 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide; NHS = N-hydroxysulfosuccinimide. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: ניתוח מורפומטרי ואיכותי של נבג Bacillus subtilis וספירת חרוזים באמצעות ציטומטריית זרימה. כימות נבגי B. subtillis באמצעות ספירת חרוזים (מדגם לא מדולל). קיצורים: FSC-A = אזור פיזור-שיא קדמי; SSC-A = אזור פיזור-שיא צד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
צביעת Ethidium bromide (EtBr) של דגימות נבג אוטוקלאבד (AS) הראתה עוצמת פלואורסצנטיות ממוצעת גבוהה יותר (MFI) מאשר צביעה של נבגים לא אוטוקלאביים (NAS), ובכך הצביעה על צביעה גדולה יותר של חומר גנטי במצב הראשון. נוסף על כך, נצפה MFI גדול יותר באוכלוסיית ה-EtBr המסומנת כ-AS מאשר באוכלוסיית NAS (איור 3, שיא באדום ושיא בשחור). דגימת הביקורת, שלא סומנה ב-EtBr, לא הראתה פלואורסצנטיות משמעותית (איור 3, שיא מנוקד).
איור 3: היסטוגרמה של נבגי Bacillus subtillis עם תווית אתידיום ברומיד, אוטוקלאבד ולא אוטוקלאב. שיא בתיוג אדום-NAS EtBr; שיא בתיוג שחור-AS EtBr; בקרת שיא מנוקדת ללא תיוג EtBr. קיצורים: EtBr = אתידיום ברומיד; NAS = נבגים לא אוטוקלאביים; AS = נבגים אוטוקלאביים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
בניסויים האלה, MFI על צימוד פני השטח של AS עם נוגדן IL-10 אנטי-אנושי שכותרתו APC הראה יעילות צימוד גבוהה יותר בהשוואה ל-NAS (איור 4). מסיבה זו, הניסויים עם התיוג הכפול בוצעו עם AS. ארבע אוכלוסיות נבגים זוהו בניתוח ציטומטריית הזרימה: EtBr+/FA+; EtBr+/FA-; EtBr-/FA+; EtBr-/FA-. נוכחותם של נבגים חדירים לסמן המולקולרי EtBr מצביעה על נוכחות אפשרית של נבגים מונבטים בכלל האוכלוסייה. ניתן היה לראות זאת לאחר ניתוח הדגימה באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי (שבאמצעותו ניתן היה לצפות בתיוג EtBr/Fluorescent Anti-mouse Table 8 ובשני הפלואורופורים בנפרד, איור 5). השימוש בשיטת הצביעה של וירץ-קונקלין איפשר הדמיה של קיומם של נבגים בעלי חדירות לספרנין (מוכתמים בוורוד, איור משלים S1). באותו ניתוח נצפו נבגים מוכתמים רק בירוק מלכיט, דבר המעיד על אטימות, כפי שדווח בספרות לנבגים רדומים13. ניתוח הנבגים באמצעות מיקרוסקופ ניגודיות פאזה מציג מספר גבוה יותר של נבגים רדומים בדגימת AS בהשוואה ל-NAS (איור משלים S2)14.
איור 4: עוצמת פלואורסצנטיות ממוצעת של נוגדנים אנטי-אנושיים IL-10 המסומנים ב-APC בנבגים אוטוקלאביים ולא אוטוקלאביים. קיצורים: FA = נוגדן פלואורסצנטי; APC = allophycocyanin. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: הדמיה אימונופלואורסצנטית של נבגים המסומנים ב-EtBr ואנטי-עכבר פלואורסצנטי. (A) נבגים עם חומר גנטי המסומן ב-EtBr (אדום). (B) נבגים עם משטח מסומן באנטי-עכבר פלואורסצנטי (ירוק). (C) נבגים בעלי תווית כפולה, עם EtBr ואנטי-עכבר פלואורסצנטי (כתום). סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר. קיצורים: EtBr = אתידיום ברומיד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
ניתוחי ציטומטריית הזרימה שבוצעו כאן הצביעו על אחוז גבוה יותר של צימוד של FA לנבגים הרדומים (EtBr-/FA+) בהשוואה לנבגים שנבטו (EtBr+/FA+). בגרף המוצג באיור 6A,B, ניתן לראות את העלייה באחוז הנבגים המצומדים וה-MFI ככל שריכוז ה-FA עולה. בנוסף, אוכלוסיות הנבגים שלא התאימו לחלבון הפלואורסצנטי (EtBr+/FA- ו-EtBr-/FA-) הראו ירידה הדרגתית עם העלייה בריכוז FA (טבלה משלימה S1).
איור 6: ניתוח אחוזי צימוד פלואורסצנטי ועוצמת פלואורסצנטיות ממוצעת של אוכלוסיות EtBr-/FA+ ו-EtBr+/FA. (A) ציר ה-x מייצג את הריכוזים השונים של ה-FA, ציר ה-y השחור מייצג את ה-MFI שזוהה, וציר ה-y האדום מייצג את אחוז הנבגים המסומנים ב-FA מאוכלוסיית EtBr - /FA+. (B) ציר ה-x מייצג את הריכוזים השונים של FA, ציר ה-y השחור מייצג את ה-MFI שזוהה, וציר ה-y האדום מייצג את אחוז הנבגים וה-FA המסומנים ב-EtBr מאוכלוסיית EtBr+/FA+. קיצורים: MFI = עוצמת פלואורסצנטיות ממוצעת; EtBr = אתידיום ברומיד; FA = נוגדן פלואורסצנטי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור משלים S1: תמונה מיקרוסקופית של נבגי B. subtilis אוטוקלאביים מוכתמים במתודולוגיית וירץ-קונקלין. נבגים מוכתמים בוורוד הם נבגים מונבטים (חדירים לספרנין). בירוק הם נבגים רדומים (בלתי חדירים לספרנין). סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
איור משלים S2: השוואה בין תמונות במיקרוסקופ ניגודיות פאזה של נבגי B. subtilis אוטוקלאביים ולא אוטוקלאביים. (א,ב) תמונות של נבגי B. subtilis לפני ואחרי הטיפול האוטוקלאבי. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
טבלה משלימה S1: ערכים של אחוזי הנבגים המסומנים, או לא, עם נוגדנים פלואורסצנטיים ואתידיום ברומיד, בריכוזי FA שונים, שנצפו בציטומטריית זרימה. קיצורים: EtBr = אתידיום ברומיד; FA = נוגדן פלואורסצנטי. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
שיטות מסורתיות, כגון ספירת לוחות של מושבות, אינן רק גוזלות זמן, אלא גם זקוקות לתאים בני קיימא ואינן מאפשרות כימות של נבגים בלתי פעילים5. תא פטרוף-האוזר הוא מתודולוגיה חלופית, אך נדרש מיקרוסקופיסט מנוסה כדי לבצע אותה. ציטומטריית זרימה הוכחה כחלופה שימושית למטרה זו.
Genovese et al.12 תיארו את השימוש בציטומטריית זרימה לכימות תאים ונבגים בני קיימא של Bacillus sp. באמצעות שני סמנים של חומצות גרעין ויכולת בקרה גבוהה של קצב הזרימה (נפח / דקה) של הציוד המשמש, המספק את האפשרות לקבוע את הכמות המספרית שיש להגדיר. לא לכל ציוד הציטומטריה יש שליטה קפדנית על קצב הזרימה (נפח/דקות), וחלקם ניתנים לכוונון רק באפשרויות המינימום, הבינוני והמקסימום. במקרים אלה, ספירת חרוזים יכולה לשמש כדי להבטיח את הדיוק של ספירת תאים ויכולת שחזור מול ציוד ציטומטריית זרימה אחרים. באמצעות שיטה זו, במחקר זה, ניתן היה לחשב את מספר הנבגים (מונבטים ורדומים) למיליליטר בדגימות.
אוכלוסיית הנבגים נמנתה ונותחה על פי הפרמטרים המתוארים בפטנט10 של גודפרי ואלשריף. מחברים אלה מתארים את השימוש במתודולוגיה זו לניתוח שלבי הנביטה של Bacillus spp. מבלי לתאר את מצב הנבג ולהשתמש בסמני DNA מסחריים בעלות גבוהה 11,12,13. בעבודה המתוארת כאן, באמצעות AS, ניתן היה לזהות שתי אוכלוסיות של נבגים (רדומים ונביטים) באמצעות EtBr, שהוא סמן נפוץ ונגיש. זיהוי מצב הנבגים התאפשר בשל חדירות הנבגים לאטבר. חשוב להדגיש כי אוכלוסיית הנבגים שאינם מסומנים ב- EtBr עשויה להציג ממצאים בגודל דומה באותה מדגם. ניתן להקל על מגבלה זו על ידי שטיפה וסינון של המאגרים בהם נעשה שימוש.
ניתוח ציטומטריית הזרימה של דגימות AS המסומנות ב- EtBr יחד עם FA המתואר כאן אפשרו גם הסמכה וכימות של צימוד חלבון פלואורסצנטי (FPC). ניתוח של דגימות מסומנות פלואורסצנטית ומצומדות צריך להתבצע באופן מיידי כדי למנוע אובדן פליטה פלואורסצנטית. יתר על כן, ניתן היה להסיק אם המורפולוגיה והריכוז של אוכלוסיית הנבגים הושפעו מהליך הצמידה, מה שנותן הבנה כוללת של התהליך, שאינה מתקבלת בעת שימוש בשיטת כתם הנקודה. Isticato et al.15 ניתחו גם FPC על פני הנבג והראו את כדאיותו על ידי אישורו עם ציטומטריית אימונופלואורסנציה וזרימה, בהתאם לסוג החלבון המשמש לצימוד. כאן, נצפה כי השימוש ב- AS11 עדיף לצימוד מכיוון שתהליך האוטוקלאבינג חשוב לנטרול של פרוטאזות שעלולות לפגוע בחלבון המצומד. חשוב לציין כי הטכניקות המתוארות כאן בוצעו באמצעות זן B. subtilis KO7 בלבד, כאשר היישום בזנים אחרים עדיין נבדק.
אין דיווחים בספרות המשווים את יכולת הצימוד של נבגים על פי השלב שלהם. בניסויים שהוצגו כאן, נצפה אחוז גבוה יותר של נבגים רדומים בשילוב עם FA (EtBr-/FA+)16. לעומת זאת, נבגים שנבטו (EtBr+/FA+), למרות האחוז הנמוך שלהם, הראו MFI גבוה יותר ממה שנצפה בנבגים הרדומים. מחקרים נוספים צריכים להתבצע כדי להעריך התנהגות זו עבור ריכוזים גבוהים יותר של FA (נקודת רוויה) ב Bacillus spp אחרים.
עבור יישומים עתידיים, השיטה המוצגת כאן יכולה לשמש במחקרים על השימוש בנבגי B. subtilis כאדג'ובנט חיסון, הערכת הצימוד של אנטיגן מטרה שסומן בתחילה על ידי פלואורסצנטיות. לאחר קביעת ריכוז הרוויה, ניתן להחיל את הערך שזוהה על אנטיגן היעד לשימוש בחיסונים.
לפיכך, מאמר זה מציג שיטה מעשית ורגישה לספירת נבגים מונבטים ורדומים ולניתוח צימוד חלבונים פלואורסצנטיים של נבגי Bacillus subtilis באמצעות ציטומטריית זרימה. השימוש בספירת חרוזים כפרמטר לכימות, בנוסף לסימון נבגי EtBr, מאפשר ספירה מעודנת של נבגים מונבטים וקביעת אחוזים של צימוד חלבון פלואורסצנטי. שיטה זו אמורה לסייע בפיתוח מחקרים המתמקדים בשימוש בנבגים כאדג'ובנט.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
מחקר זה מומן בחלקו על ידי Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior-Brasil (CAPES)-Finance Code 001; Governo do Estado do Amazonas עם משאבים מ Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas-FAPEAM; Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). המחברים מודים לתוכנית לפיתוח טכנולוגי בכלים לבריאות PDTIS-FIOCRUZ על השימוש במתקניה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
(N-hydroxysuccinimide) (NHS) | Sigma | 130672 | |
Anti-human fluorescent antibody | BioLegend | 501410 | APC anti-human IL-10 |
Anti-mouse fluorescent antibody | Thermo Scientific | A32723 | Alexa Fluor Plus 488 |
BD FACSCanto II | BD | Flow cytometer | |
BD FACSDiva Cytometer Setup & Tracking Beads Kit (use with BD FACSDiva software v 6.x) | BD | 642412 | Quality control reagent |
BD FACSDiva Software v. 6.1.3 | BD | 643629 | Software |
Centrifuge MegaFuge 8R | Thermo Scientific | 75007213 | |
Counting Beads | BD | 340334 | TruCount Tubes |
Eclipse 80i | Nikon | Fluorescent Microsope | |
Ethidium Bromide | Ludwig Biotec | ||
Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | A4503 | |
Plastic Microtubes | Eppendorf | ||
Polystyrene tube | Falcon | 352008 | 5 mL polystyrene tube, 12 x 75 mm, without lid, non-sterile |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved