המחברים רוצה להכיר Otterbein אוניברסיטת מענקי מחקר של סטודנטים לתואר ראשון, תלמיד מחקר קרן פרסים GVK, SGK; האנדרטה פרופסור גילברט אי מילס Otterbein ניחן פרס תוכנית שבתון, המחלקה לביולוגיה, מדעי כדור הארץ סגל מחקר ולמדנות ניחן פרס מכה. ברט וקרן ג'יין קרן ניחן תלמיד מחקר במדעי הוענק GVK ו- SGK. המחברים גם רוצה להכיר בהכרת תודה שדוקיין האוניברסיטה במימון מלגות תוכנית מחקר לתואר ראשון עבור GVK ו- SGK. תלמידי מחקר לתואר ראשון לשעבר Juniata קולג ', ריאן ג'ונסון ודרייפר לינדסי תרם את התמונות במיקרוסקופ על דמויות 2 ו- 3, בהתאמה.

1. מכינים כלי נגינה, תרבות המדיה, פתרונות, צלחות פטרי
<ol><li>אוטוקלב קיסמים בתוך 50 מ ל מכוסה ברדיד אלומיניום, כדי לשמור על סטריליות.</li>
	<li>לעקר כל אבזרי זה יהיה בשימוש החיטוי (טיפים, מקלות, כלי זכוכית, וכו '). הערה: זהירות! בצע את ההוראות כל בטיחות עבור דגם אוטוקלב בשימוש. אוטוקלאבים להוות סיכון פיצוצים, כוויות אדים, מגע עם משטחים חמים, חומרים, מדיה. אוטוקלב בטיחות, להציג "שימוש נאות של אוטוקלאבים"34.</li>
	<li>
הכינו MS אגר (מניטול סויה קמח (SFM))14 לגדול תרבויות.
	<ol>
<li>להוסיף 5 g של קמח סויה, 5 g של אגר בקבוק 1 ליטר.</li>
		<li>להמיס 5 גר' מניטול ב 250 מ של מי ברז, לוותר על תוך הבקבוק המכילות את קמח הסויה ואת אגר.</li>
		<li>להוסיף את קצף תקע ו רדיד אלומיניום לפתיחה של הבקבוק, החיטוי ב 121 מעלות צלזיוס, 15 psi במשך לפחות 30 דקות. התראה: בינוני שחין בקלות. השתמש בקבוקון שיכול להכיל לפחות ארבע פעמים נפח בפועל של MS אגר להיות בלוק. סיר לחץ סטנדרטי יכול לשמש במקום החיטוי עם שיקולי בטיחות דומה. לחלופין, ניתן להשתמש תנור מיקרוגל לחטא מדיה וחומרים אם גישה החיטוי אינו אפשרי35,36. מורים בתיכון ייתכן שתרצה גם לשתף פעולה עם מקומיים מכללות או אוניברסיטאות לגשת אספקה בלוק.</li>
		<li>מדיה מגניב עד נוח מספיק כדי להתמודד. להיזהר לא לצנן את זה במשך זמן רב מדי, כי אגר עפור בטמפרטורה שמתחת 50 מעלות צלזיוס.</li>
		<li>שופכים את MS אגר מ הבקבוק לתוך צלחות פטרי סטריליות עד בתחתית כל צלחת פטרי הוא בערך חצי מלא (כ 25 מ"ל של מדיה לכל צלחת פטרי). אפשר לגבש לפני השימוש פלטות אגר. חנות פלטות אגר בשקית ניילון בטמפרטורת החדר עד שהוא נדרש. הערה: פלטות אגר גם ניתן לאחסן במקרר, במיוחד אם אנטיביוטיקה יש צורך בכלי התקשורת.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. רצף Streptomyces על גבי לוחות עבור הפצת
<ol><li>זני Streptomyces פס על גבי פלטות אגר MS למושבות יחיד באמצעות שיטה סטנדרטית, כגון המשולש צובעות שיטה כפי שמוצג סנדרס, 201237. הערה: ללולאה לחסן או קיסמים סטרילי עשוי לשמש. אופציונלי: מדיה אחרים משמשים עבור מינים Streptomyces , כגון R2YE ותקשורתי מזערי14.</li>
	<li>דגירה הצלחות ב- 30 ° C.</li>
	<li>Restreak הצלחות על-ידי בחירת שמושבה בודדת כל 4-6 ימים. כמו מושבות גיל שהם הופכים נוטה מוטציה אקראית.</li>
</ol>3. ליצור את מניות Mycelial גליצרול לאחסון חיידקי
הערה: Mycelial מניות יהיה ליצור עבור כל זני Streptomyces , כולל בעת שנסע בנין זנים, ואת מוטאנטים התפתחותיים אחרים, כי הם אפשרות להשלים הנבגה.
<ol><li>Macerate 15-20 מושבות ב 200-500 µL של גליצרול 20% שימוש של המוליך פינים מעץ סטרילי.</li>
	<li>להעביר את slurry של המושבות התמוסס 1.5 mL מקפיא תרבות צינור, באמצעות micropipette או פיפטה העברה סטרילי. הערה: היסודות של שימוש micropipette מכוסים במקום38.</li>
	<li>להוסיף גליצרול 20% מספיק כדי להפוך את עוצמת הקול הסופי 1 מ"ל ומערבבים בעדינות. מאגר דגימות ב-80 מעלות צלזיוס. הערה: זהירות! כפפות בטיחות קריוגני שימוש, חלוק מעבדה כדי להגן על העור מפני מגע עם קור עז. לחלופין, ניתן להשתמש מקפיא-20 ° C עם פוטנציאל הפחתה בזמן אחסון לטווח ארוך. הימנע מוגזמת הקפאה והפשרה של להרחיב את יכולת הקיום.</li>
</ol>4. ליצור גליצרול נבג מניות עבור זנים מסוגל הנבגה
הערה: נבג מניות עדיפים הכדאיות לטווח ארוך אבל רק ריאלי עבור זנים המסוגלים השלמת הנבגה.
<ol><li>
מורחים µL 100 התמוסס חומר (מתוך שלב 3.1) על צלחת אגר להשיג דשא confluent של צמיחה37. הערה: התפשטות ציפוי מוצג סנדרס37 (שינוי: מסתובב אינה נדרשת.). הלוח ניתן להפעיל ביד אחת תוך שימוש ביד האחרת כדי להזיז את מפזר באופן עדין הלוך תנועה על פני התקשורת אגר.<ol>
<li>Pipet 100 µL של תפטיר התמוסס למרכז צלחת אגר MS.</li>
		<li>לחטא של זכוכית או מתכת הפצת הכלי על ידי חלקית השוקע 70% אתנול ולהעביר את מפזר פעם לאט דרך להבה מבער בונזן לזרז האידוי של האתנול. התראה: אתנול הוא דליק. אין למקם את מפזר בוערים אתנול או לאפשר על ירידה הבוערים של אתנול ליפול לתוך המנה אתנול. לחלופין, השתמש ספוגית כותנה סטרילי חד פעמיות כדי להפיץ את החיידקים בצלחת, אשר דורשת אתנול או להבה.</li>
		<li>התור אגר MS צלחת עם יד אחת, תוך שימוש גב ותנועה הלאה כדי לחסן את הצלחת עם מפזר סטרילי.</li>
		<li>תקופת דגירה של 5 – 7 ימים ב- 30 ° C עד המתח sporulated היטב. הערה: הדגירה פעמים ישתנה בהתאם המין ואת המתח.</li>
	</ol>
</li>
	<li>להוסיף 2 מ ל תמיסת סטרילית (0.8% NaCl) למרכז של מדשאה confluent של תאים Streptomyces עבר הנבגה.</li>
	<li>הקציר נבגים על ידי שפשוף בעדינות את פני השטח של תפטיר עם סטרילי מזריקים לולאה (או במקלון צמר גפן), לאט לאט נע לכיוון הקצה של הדשא.</li>
	<li>Pipet מלוחים המכילים נבגים לתוך צינור חרוטי 15 מ"ל. מערבולת נמרצות כדי לפרוץ נבג שרשראות תאים בודדים.</li>
	<li>צנטריפוגה בטמפרטורת החדר במשך 5 דקות ב x כ 2500 גרם.</li>
	<li>Pipet תגובת שיקוע, להשליך. לפזר בגדר נבג על ידי מערבולת נמרצת עצבנות סכום קטן של הנוזל הנותר.</li>
	<li>Resuspend הנבגים ב 1 מ"ל של גליצרול 20% על ידי ציור הפתרון למעלה ולמטה עם פיפטה.</li>
	<li>העברת המניות נבג גליצרול צינור מקפיא 1.5 mL. חנות ב-80 מעלות צלזיוס. התראה: שימוש כפפות בטיחות קריוגני, חלוק מעבדה כדי להגן על העור מפני מגע עם קור עז. לחלופין, ניתן להשתמש מקפיא-20 ° C עם פוטנציאל הפחתה של הכדאיות בזמן אחסון לטווח ארוך. הימנע מוגזמת הקפאה והפשרה של להרחיב את יכולת הקיום.</li>
</ol>5. ביצוע מוטגנזה מכוונת
<ol><li>לבצע מוטגנזה מכוונת בהתבסס על התוצאה הרצויה כמו המופנה מבוא ונבדקים לאחרונה על ידי Baltz, 201639. הערה: ניסויים phenotyping לא יחייבו את מוטגנזה מכוונת, כגון כוונה לזהות מינים חדשים מן הסביבה. שיטות מוטגנזה מכוונת אקראי כוללות השימוש של transposon8,9,10,11,12,13, קרינת UV, או כימיקלים14. האתר מכוון מוטגנזה מכוונת15,16,17,18,19,20 טכניקות יכול לשמש ליצירת מוטציות נקודה ספציפית, מחיקות, או סוגים אחרים של מוטציות.</li>
</ol>6. להשוות ולהקליט את המראה החזותי
<ol><li>שימו לב המושבה מורפולוגיה עבור כל מוטציה לעומת המתח פראי-סוג האב אחרי שהתרוצץ כל זנים כמו שלב 2. להשוות את בידוד חדשים לזה של זן למד היטב, כגון ס' coelicolor או S. venezuelae, בעת אפיון של זנים חדשים של Streptomyces . הערה המאפיינים (איור 1) כגון הצורה הבסיסית, משטח המושבה (מטושטש, קירח, מקומט, וכו), אטימות, העלאת ופיגמנטציה (להבדיל בין תפטיר וגטטיבי, תפטיר אווירי, ו/או בינוני שמסביב).</li>
	<li>תווית של אגר MS זנים פראי-סוג של מוטציה צלחת, פס בדפוסי טריז (איור 1). להיזהר כי זן לא נוגע עוד מאמץ כדי למנוע זיהום לחצות. הערה את התאריך והשעה שבהם זנים הם קווצות שער לצלחת. דגירה הצלחות ב- 30 ° C.</li>
	<li>המקום גדל פטרי בצבע או נייר לבן כדי homogenize את הרקע. לכתוב על נייר שם זן, תאריך, בטמפרטורת דגירה, זמן בצלחת הראשונה ומבטא. קח תמונות דיגיטליות של הצלחת עם המידע האחרון נכתב על רקע נייר כך בלבול הוא ממוזער. הערה: הכתיבה יכול להיחתך מן התצלום במועד מאוחר יותר אם זה שישמש עבור איור הכנה.</li>
</ol>7. ביצוע שלב-ניגודיות מיקרוסקופ
<ol><li>לעקר את תגליתו על ידי שטיפה 70% אתנול, ואז עובר להבה מבער בונזן מתמוססות האתנול. לאפשר להתקרר.</li>
	<li>לחטא coverslips על ידי שטיפה אתנול 70% ומאפשר להם להתייבש בצלחת פטרי סטריליות אז.</li>
	<li>
להכין טרמפ coverslip של הגידול חיידקי להיבדק.
	<ol>
<li>להרים coverslip עקר עם פינצטה סטרילי ולמקם את coverslip על צלחת אגר MS איפה צפופה התפתחות חיידקים. לחץ על גב coverslip בעדינות עם פינצטה כדי להבטיח העברת מספיק נבגים של חיידקים, תפטיר אווירי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לאסוף את coverslip מהצלחת ולמקם אותו כך הצד עם החומר תא פונה לכיוון פני השטח של שקופית מיקרוסקופ, עם טיפת 15 µL גליצרול 50% במים מוכנים הרכבה. להפחית את בועות אוויר על-ידי הצבת את coverslip בזווית של 45° לשקופית ולתת לו ליפול על גבי גליצרול 50%.</li>
	<li>(אופציונלי) חותם עם נקי לק לשימור של השקופית.</li>
	<li>
ביצוע שלב-ניגודיות מיקרוסקופ כפי שתואר על ידי פרוליך40 במרווחי זמן שונים במהלך מחזורי החיים. הערה: הדמיה חוזרות מאפשר ניתוח מלא יותר את היכולת לזהות את עיכוב בהתפתחות. באופן עצמאי חזור על התצפיות כדי להבטיח דיוק הפארמצבטית.<ol>
<li>למקם את השקופית מוכנים על הבמה מיקרוסקופ, להוסיף טיפה של שמן טבילה למרכז של תגית כיסוי. לסובב את שלב X 100 מטרת למקם ולהגדיר צריח מעבה את הרקע המתאים שלב "תואמים". למקד את התמונה באמצעות רק הידית התאמת משובח פעם העדשה אובייקטיבית הוא במגע עם השמן.</li>
		<li>בחן מספר שדות ראייה להבחין ההבדלים ניכרת ועקבית בין זנים מוטציה לסוג הפראי, כגון היכולת טופס נבגים, נבג ו צורה בגודל המספר הכולל של נבגים (ראה איור 2). הערה: חלופות במיקרוסקופ ניגוד שלב כוללים התערבות דיפרנציאלית ניגודיות (DIC) מיקרוסקופיה40 , טכניקות צביעת פשוטה עבור שימוש עם שדה בהיר מיקרוסקופים41, כגון צביעת קריסטל ויולט.</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. ביצוע מיקרוסקופ קרינה פלואורסצנטית
<ol><li>לעקר את תגליתו על ידי שטיפה אתנול 70% ולאחר מכן הפעלה דרך להבה מבער בונזן.</li>
	<li>להרים coverslip עקר עם פינצטה סטרילי והמקום על צלחת אגר MS שבו ניכרת התפתחות חיידקים. לגעת בגב coverslip בעדינות עם הפינצטה כדי להבטיח העברת מספיק נבגים של חיידקים, חוטים אווירי.</li>
	<li>לאסוף את coverslip מהצלחת ולמקם אותו כך הצד עם החומר תא פונה למעלה, על כרטיסים על מנת להקל על מניפולציה של coverslip.</li>
	<li>להציף את coverslip עם מתנול כקרח (~ 300 µL עבור coverslip2 20 x 20 מ מ) ולתת לו לחלוטין אוויר יבש. זהירות: מתנול היא מוטגן. יש להימנע ממגע ישיר עם העור.</li>
	<li>לשטוף את coverslip שלוש פעמים פוספט Buffered מלוחים (PBS)42 על ידי בעדינות dispensing והסרה של הפתרון.</li>
	<li>להוסיף 15 µL של 100 μg/ml יודיד Propidium ו/או μg/מ"ל נבט-חיטה-Agglutinin מצומדת כדי fluorescein isothiocyanate (WGA-FITC) שבוצעו ב- 50% גליצרול שקופית שכותרתו מיקרוסקופ. הערה: Propidium יודיד כתמי DNA אדום כדי לזהות בהכפלת ה-DNA מיקום בזמן WGA-FITC כתמי קיר התא הירוק.</li>
	<li>היפוך coverslip עם הפנים כלפי מטה על גבי הירידה של הכתם פלורסנט בשקופית זכוכית. (אופציונלי) חותם עם לק ברורים לשימור של שקופית.  כמו הצבעים הם רגישים לאור, תקופת דגירה של 15 דקות בחדר החשוך או בתאורה עמומה.</li>
	<li>לצפות בשקופיות תחת עדשת 100 X המטרה באמצעות ניגוד שלב או מיקרוסקופ DIC מצויד epifluorescence עירור קוביות propidium יודיד (להגדיר מסנן 'טקסס אדום' או maxima עירור/פליטת 535/617 nm), FITC (FITC לסנן nm לקבוע או 490/525 maxima עירור/פליטה).</li>
	<li>במקום השקופית על הבמה ונוחות שימוש את ידיות התאמת בסדר וגסים.</li>
	<li>להתבונן על ידי קרינה פלואורסצנטית כפי שמוצג במקום43.</li>
	<li>השתמש חבילת תוכנה של תמונה חופשית ניתוח שיכול לעזור בזיהוי נבגים עם פלורסצנטיות נמוך העוצמה44.</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

כאן אנו מציגים פרוטוקולים עבור מתחילים Streptomyces החוקרים ליזום מחקרים על-ידי הכללת השלבים הדרושים כדי להפיץ זנים ולהכין מניות לאחסון לטווח ארוך. לאחר מכן נתאר את הפרוטוקולים עבור אפיון ויזואלי, מיקרוסקופיים של זנים Streptomyces . כמה צעדים הראשונית טיפוסי phenotyping התפתחותית המוטציות הן: 1) בדיקה חזותית של המושבות מוטציה בהשוואה פראי סוג המושבות של אגר בינוני; 2) מיקרוסקופ שלב חדות; ו 3) זריחה מיקרוסקופיה של sporogenic hyphae אווירית. בהתבסס על פנוטיפ מוצגים שלושה שלבים אלה, במגוון טכניקות עשוי להיות מועסק להבחין נוספת של פנוטיפ למתח מסוים.
Phenotyping הראשונית ניסויים משמשים כדי לאפיין מינים חדשים, לזהות מוטציות של עניין, חלקית לאפיין מוטציות, ולהתחיל להבחין את התפקיד טיפוסי של גן מסוים על סמך על פנוטיפ של מזוהה מוטציה. כבר בשימוש בשיטות המתוארות כאן באוניברסיטה מלמד מעבדות כדי לזהות ולאפיין מגוון רחב של מוטציות Streptomyces , כולל אלה בעלי פגמים בחלוקת התא48,49, 50 , 51 , 52 , 53 , 54הנבגה55,56, תפטיר אווירי היווצרות57,58, ייצור לאנטיביוטיקה59, השליח השני איתות47, כרומוזום סגרגציה 60. שיטות אלה צעדים חיוניים לקביעת של פנוטיפ של מוטציות באופן כללי ולחשוף את כמות גדולה של מידע חשוב אודות התפקידים של הגנים של עניין. השיטות בקלות יורחב כדי מינים אחרים של Streptomyces , כבר השתמשו כדי לתאר את זני תזונתם העיקרי ס, ס venezuelae, גרדת סו streptomycetes רבים אחרים. הפרוטוקולים וידאו המתוארים כאן צפויים לשמש משאב חשוב עבור חוקרים חדשים נכנסים תחומי מחקר Streptomyces , כמו למשל בתחום גילוי תרופות. זה כולל את המדריכים החדשים אשר עובדים כדי להתמודד עם המשבר עמידות לאנטיביוטיקה ולחנך את מספרי אינספור של חוקרים הסטודנטים לתואר ראשון חדשים מצטרפים המאמצים מיקור המונים של היוזמה עולם קטן.
מהטכניקות שתוארו כאן ניתן בקלות להתאים לשימוש בכיתה במכללה ובתיכון בנוסף מעבדות מחקר, באמצעות השינויים המתוארים וידאו, טקסט. סטודנטים במודול מיקרוסקופ השנה הראשונה במכללה קטנה שבע האמנויות החופשיות הצליחו צובעות זנים, לקחת תמונות דיגיטליות של זנים גדל על אגר מדיה, ולבצע מיקרוסקופ שלב-ניגודיות, זריחה, אשר הגיע לשיאו הגשת תיק של דמויות רב ספון בקצה של המודול 3 בשבוע, המייצג h 15 של עבודה בבית-lab. כ 160 לתלמידי השנה הראשונה היו אחראים phenotyping הראשונית של מוטציות transposon הרומן 320. תלמידי מחקר לתואר ראשון במוסדות שלושה השתתפו את phenotyping הראשוני של מוטציות נוספות ואפיון עוקבות של הזנים רבים. הנתונים מקיף שהושג תוך תקופה קצרה יחסית של זמן, ממחישים את הערך של הפרוטוקולים המתוארים כאן. מאות מוטציות נוספות אוחסנו גליצרול מניות mycelial של אפיון בעתיד.
בעקבות הניסויים הראשוניים המתוארים כאן, מגוון שיטות עשוי להיות מועסק כדי להאריך את האיכות של מידע המתייחס זנים מעניינים. אם המוטציה אינם ידועים, שיטה genotyping צריך להיות מועסק כדי לקבוע את סוג ו/או מיקום המוטציה. לדוגמה, transposon אקראיים מוטגנזה מכוונת פראי-סוג כרומוזום6,7,8,9,10,11,12,13 תוצאות במושבות צריך עוברים הראשונית פנוטיפי במסכים כגון מהמתואר לעיל. אז המיקום של transposon צריכה להיות מזוהה באמצעות טכניקה כגון פולימראז הופכי תגובת שרשרת (iPCR)61. קביעת של גנוטיפ של מוטציות שהתגלתה היא צעד חשוב בעקבות משלב האפיון הראשוני.
כמה שיטות מתקדמות נפוץ לניתוח phenotyping הבאים עשויים להיות הזכיר בכיתה או חקר באמצעות מחקרי המשך כוללים חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) תיוג כדי לקבוע תבניות לוקליזציה עבור החלבון של עניין, ג'ין ביטוי ניתוחים כגון נדל בפעם ה-PCR כמותי (qPCR) ודפוסי ביטוי גנים הכללית של פראי-סוג לעומת מוטציה באמצעות ה-RNA רצף (RNA-seq). Phenotyping מיומנויות נדרשות גם לניתוח קומפלמנטציה גנטי. בניסוי קומפלמנטציה, העותק פראי-סוג של גנים מוחדרים זן שעבר שינוי כדי לקבוע אם אלל שנוספו לאחרונה יכול לפצות על האובדן-של-הפונקציה של אלל מוטציה. השוואת של פנוטיפ של המתח המלווים לזה של המוטציה המקורי והן את ההורים, פראי-סוג מאמץ נדרש.

Streptomycetes הם חיידקים גראם חיוביים, filamentous קרקע ידועה וביכולתם לייצר מגוון של מטבוליטים משניים, כולל שני שלישים של אנטיביוטיקה זמין מסחרית, כמו גם כמה אנטי הגידול, תרופות נגד איידס, ואני נגד טפילים 1. ס coelicolor הוא החבר מאופיין ביותר גנטית של סוג2,3 , והוא המין בשימוש בשיטות המתוארות כאן. ס coelicolor יש מחזור חיים מורכב מתחיל עם הנביטה של נבג יחיד, ומתחזקים נרחב, מסעף תפטיר צמח שגדל לתוך המדיום אגר. כל מחזור החיים של התמורה, חוטים אווירי נוצרות לשבור את מתח הפנים של תפטיר המצע, סוף סוף מחולקים שרשראות ארוכות של תאים מומרים בסופו של דבר נבגים בוגרת, גריי-פיגמנט. פיזור של נבגים שהוקם אלה מהווה את תחילת מחזור החיים הבא4.
בגלל שלה דפוס מורכבות של בידול, ס coelicolor משמש מודל מצוין עבור חקר התפתחות חיידקים. מבחינה היסטורית, מוטציות כתוצאה בבלוקים עבור שני שלבים עיקריים של פיתוח ומפיקים פנוטיפים חזותיים ברורים. המוטציות (קירח) בנין נחסמות על היווצרות תפטיר אווירי ולהוביל חוסר תפטיר אוויר מעורפל להקניית מראה המושבה "קירח". מוטציות עכבות במבנה נבג, ההבשלה מכונים מוטציות הל (לבן) כי הם בדרך כלל נכשלים לייצר רמות פראי-סוג של הפיגמנט נבג אפור תפטיר אוויר נשאר לבן. מוטאנטים מעניינים אחרים הם והשרירי לאנטיביוטיקה ייצור, חלוקת התא, סגרגציה כרומוזום או תהליכים חשובים אחרים,4,5.
למרות גילוי גנים התפתחותיים רבים במינים Streptomyces , ישנם רבים יותר האמינו להתקיים בהתבסס על חוסר הרוויה של מסכי מוטציה. מעבדות שלנו להמשיך לזהות גנים התפתחותיים חדשים באמצעות מערכת transposon מיני ואנחנו יש נבנה. הרומן זנים מוטציה מבודד בניסויים מוטגנזה מכוונת אקראי עם transposon שלנו עוברים סינון פנוטיפי כדי לזהות את תפקיד אפשרי של כל חדש ג'ין גילה6,7. שיטות phenotyping חיידקי המתוארים כאן הרלוונטיים מוטציות Streptomyces מבודדים-transposon מוטגנזה מכוונת8,9,10,11,12, 13 ו אקראית בשיטות אחרות, כגון כימי, אולטרה סגול (UV) מוטגנזה מכוונת14, כמו גם בנייה בבימויו של מוטציות כגון מחיקות הגן באמצעות15,recombineering16 או CRISPR-Cas9 (מקובצים באופן קבוע Interspaced קצר Palindromic חוזר) הגנום עריכה טכנולוגיה17,18,19 ו מוטציות נקודה20.
עמידות לאנטיביוטיקה בקרב פתוגנים הופך נפוץ יותר ויותר, הצורך אנטיביוטיקה חדשה הופך יותר ויותר דחוף21,22. "היוזמה עולם קטן" (או מושכל) הוא יעיל המדע, טכנולוגיה, הנדסה, מתמטיקה (גזע) למידה23 ומחקר אסטרטגיה24 כדי להילחם עמידות לאנטיביוטיקה דרך מיקור המונים של סטודנטים, ועוד לאחרונה תלמידי תיכון. תמיכה קורסים עבודתו כוללת זיהוי חיידקים אדמה חדשה לייצר אנטיביוטיקה הרומן (http://www.smallworldinitiative.org). הוא האמין כי המקור העיקרי של אנטיביוטיקה שעדיין לא התגלו ימשיכו להיות Streptomyces מינים נמצאו במגוון רחב של אדמה ומים בתי גידול25,26,27,28, 29,31. לאחרונה, המעבדה שלנו עבודתם של אחרים גילו והם יהיו מאופיין איתות גנים במינים Streptomyces המסדירים מורפולוגיה ופיתוח, לרבות ייצור לאנטיביוטיקה7,32. 33. שינויים בביטוי הגנים האלה לגרום שינוי הכמות ואת העיתוי של אנטיביוטיקה המיוצר. Phenotyping מיומן של מינים חדשים, המוטנטים מייצרי אנטיביוטיקה החדשים ימשיכו להיות חשוב. כמו מדריכים חדשים ותלמידים שלהם להיות התורמים העיקריים בתחום של גילוי תרופות, הכשרה phenotyping חיידקי הוא הכרחי עבור ההצלחה של אנשים אלה המתחיל. יתר על כן, הניסויים האלה הם צייתן בתיכון גזע או אוניברסיטת מיקרוביולוגיה החינוך מעבדות. הם מייצגים הפגנה של עקרונות יסוד גנטי מיקרוביאלי מעבדת הוראה הגדרת.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="543">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:197px;">50% Glycerol</td>
			<td style="width:161px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:121px;">G5516</td>
			<td style="width:64px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Immersion Oil (Type DF)</td>
			<td>Cragille&#160;</td>
			<td>16482</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Lens Paper</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>11-995</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sterile Water</td>
			<td>GeneMate</td>
			<td>G-3250-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">100% Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E7023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Propidium Iodide</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>P1304MP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Toothpicks (flat)</td>
			<td>Target</td>
			<td>081-22-1957</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pipette Tips (10 ml)</td>
			<td>GeneMate</td>
			<td>P-1240-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pipette Tips (200 ml)</td>
			<td>GeneMate</td>
			<td>P-1240-200Y</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pipette Tips (1250 ml)</td>
			<td>GeneMate</td>
			<td>P-1240-1250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Wooden Applicators 6&#39;&#39;</td>
			<td>Solon Care</td>
			<td>070809</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Cotton Swabs</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>23-400-124</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Soy Flour&#160;</td>
			<td>Bob&#39;s Red Mill&#160;</td>
			<td>1516C164</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">D-Mannitol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M4125-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A1296-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Glycerol 100%</td>
			<td>VWR amresco life science&#160;</td>
			<td>0854-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">0.8% NaCl (Saline)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SLBB9000V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1.2 mL freezer tube</td>
			<td>NEST</td>
			<td>606101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ultra low (-80&#176;C) freezer</td>
			<td>SO-LOW</td>
			<td>U85-18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Cryo Safety Gloves</td>
			<td>Bel-Art</td>
			<td>H13201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Petri dishes&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5856-500EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Cover slips #1.5</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>64-0721</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Slides</td>
			<td>Carolina</td>
			<td>63-2010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Autoclave</td>
			<td>Tuttnauer</td>
			<td>2540E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Phase-Contrast Microscope&#160;</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>BX40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Forceps</td>
			<td>Carolina Biological</td>
			<td>624504</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Bunsen Burner</td>
			<td>Carolina Biological</td>
			<td>706706</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>34860-1L-R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PBS (phosphate buffer saline)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4417-50TAB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">WGA-FITC</td>
			<td>Biotium</td>
			<td>29022-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Clear nail polish</td>
			<td>OPI</td>
			<td>22001009000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Image J</td>
			<td>NIH</td>
			<td>Free Software</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">100 mL beaker</td>
			<td>Pyrex USA</td>
			<td>1000-T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1 L beaker</td>
			<td>Carolina Biological</td>
			<td>721253</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1 L flask</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>S63274</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">250 mL flask</td>
			<td>Pyrex USA</td>
			<td>4980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">100 mL graduated cylinder</td>
			<td>Carolina Biological</td>
			<td>721788</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">500 mL graduated cylinder&#160;</td>
			<td>Carolina Biological</td>
			<td>721792</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Stir Bar</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-271825</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5810R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Camera for Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>DP72</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Nitrile Examination Gloves (Med)</td>
			<td>Bio Excell</td>
			<td>71011002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Vortex Mixer</td>
			<td>Carolina Biological</td>
			<td>701077</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visual and microscopic evaluation of streptomyces developmental mutants

Streptomycetes הם חיידקים אדמה filamentous השייכת שלקרוא Actinobacteria פזורים ברחבי העולם, לייצר מגוון רחב של אנטיביוטיקה, מטבוליטים משניים אחרים. Streptomyces coelicolor הוא מין מאופיין היטב, פתוגניים שאינם זה לבצע מגוון רחב של ניתוחים במעבדה. Phenotyping בשיטות המתוארות כאן להשתמש ס coelicolor כמו streptomycete דגם; עם זאת, השיטות ישימות כל בני הסוג גדולים, כמו גם כמה actinomycetes הקשורים קשר הדוק. Phenotyping יש צורך לאפיין מינים חדשים של Streptomyces זיהה בסביבה, זה גם צעד ראשון חיוני באפיון לאחרונה מבודד מוטציה זנים של Streptomyces. מיומנות ב phenotyping חשוב עבור החוקרים חדשים רבים אשר נכנסים לשדה המחקר Streptomyces , כולל המחקר של התפתחות חיידקים, חלוקת התא, כרומוזום סגרגציה השליח השני איתות. מיקור המונים האחרונות של גילוי לאנטיביוטיקה תוך בידודו של חיידקים אדמה חדשה הביאה צורך בהכשרה phenotyping למדריכים החדשים בשטח המחקר Streptomyces , מכללה או תיכון שלהם מוגבר סטודנטים. כתב יד זה מתאר שיטות הפצת זן חיידקי, אחסון של אפיון באמצעות בדיקה חזותית, מיקרוסקופיים. לאחר קריאת מאמר זה, חוקרים חדשים (מעבדות מיקרוביולוגיה החינוך ומדענים אזרח) אמור להיות מסוגל לתמרן זנים Streptomyces ולהתחיל אפיון ויזואלי ניסויים.

Phenotyping הראשונית ניסויים נחוצים עבור אפיון מינים חדשים, זנים, יכול לשמש בגישה חינם פילוגנטיקה, DNA-DNA הכלאה ניסויים המשמשות לטיפול באפיון של זנים חדשים. Streptomyces מוטציות הנובעות מוטגנזה מכוונת אקראית בשיטות כגון כימיקלים, UV, או transposon מוטגנזה מכוונת מזוהים בדרך כלל דרך מסכי ישירה, חזותי על פלטות אגר. מושבות של Streptomyces נבדקים לשינויים בפנוטיפ לעומת המתח פראי-סוג, הורים. לדוגמה, תפטיר אווירי בצבע בהיר מצביעים על רמה נמוכה יותר של פיגמנט האפור הנגרם על ידי פגם הנבגה, או חוסר מראה מטושטש מעידה על חסימה במבנה תפטיר אווירי (איור 1). Streptomycetes רבים לייצר אנטיביוטיקה פיגמנט תפטיר וגטטיבי או אגר שמסביב. ס coelicolor מייצרת שני סוגי אנטיביוטיקה פיגמנט, כמו גם שני אלה ללא פיגמנט. Actinorhodin הוא אנטיביוטיקה-פיגמנט כחול והוא undecylprodigiosin45-פיגמנט אדום לאנטיביוטיקה. זנים שעברו ראשוני המושבה החזותית מסכי מופצים ואז על ידי ומבטא עבור מושבות יחיד.
בעקבות זיהוי חזותי של פוטנציאל מעניין מוטציות, זנים הם נתון בבדיקה מיקרוסקופית. שלב-ניגודיות מיקרוסקופ מתאימה במיוחד לבחינת Streptomyces מוטציות פגמים התפתחותית, באמצעות הלחץ פראי-סוג כפקד (איור 2). מושבות ס coelicolor פראי סוג בדרך כלל לייצר של תפטיר מהאוויר על ידי כיומיים של צמיחה ב 30 מעלות צלזיוס על אגר MS, שרשראות ארוכות של נבגים על ידי שלושה ימים של צמיחה. מחזור חיי יתפתחו מעט איטי או מהיר יותר על סוגי מדיה אחרים. זה הכרחי כי המוטציות לנתח בתנאים צמיחה אותו כסוג פראי בעת הסקת מסקנות על ליקויים התפתחותיים, עיכובים. מוטציות קירח עשויה לייצר נבגי לאחר צמיחה ממושכת במדיה אגר. מחלקה של מוטציות המכונה מוטציות לבן עשוי להתעכב גם על היווצרות נבג, להראות ירידה השפע של נבגים המיוצר, נבגים תוצרת עם פגמים צורה ו/או גודל, או פשוט לייצר רמות נמוכות יותר של פיגמנט ספורה בוגרת, אפור46 . מוטאנטים אחרים נחקרו עד כה מתעכבת או מואצת בהתקדמות מחזור החיים כגון המוטציות יושפע עבור ההצטברות של מולקולות (למשל, מחזורית-di-GMP47) איתות.
המשך פשוט הטכניקה מיקרוסקופ אור שתוארו לעיל היא מיקרוסקופ פלורסצנטיות באמצעות propidium יודיד הכתם בהכפלת ה-DNA nucleoids, agglutinin fluorescently שכותרתו נבט חיטה כתם בדופן התא הנבגה septa. נבגים חסר כרומוזום יהיה חסר יודיד propidium אדום מכתים, בעוד נבגים המכילים את הדנ א פחות מכפי הרגיל ניתן לזהות אם הם מופיעים כדי ירדו מכתים (איור 3). נבט חיטה agglutinin עשוי לשמש כדי להכתים את דופן התא, ייבחנו הבדלים דופן התא מכתים דפוסים (כלומר, חלוקת התא פגמים). בזן איור 4 הפראי-סוג של ס' venezuelae, זן לאחרונה משמשת כמודל עוד streptomycete בשל מחזור החיים מהיר יותר היכולת sporulate ב נוזלי45, יש נוטף WGA-FITC להבהיר המערך דמוי סולם של החטיבה septa שהם ראו בדרך כלל מוקדם במהלך הנבגה.
האסטרטגיות phenotyping הראשונית המתוארים כאן יביא הפעולות הבאות: 1) זיהוי זנים mutant הריבית ללימוד נוסף; 2) רכשה את הידע החשבונאי שזוהה ועל התפקיד הפוטנציאלי של גן זה יש כבר מוטציה; 3) ניסוח של סדרת השלבים הבאים ניסיוני יכול לשמש כדי להבהיר עוד יותר את התפקיד של הגן המדובר עוקבות. במקרה של streptomycete שזוהה מן הסביבה, החוקר יקבל ידע של מינים חדשים פוטנציאליים בהשוואה כבר מאופיין מינים של Streptomyces.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57373/57373fig1.jpg"> איור 1: תצלום של צלחת אגר נציג הוכחת המושבה מאקרוסקופית פנוטיפים של S. coelicolor. צלחת אגר מראה מעורפל, אפור המראה החזותי של תפטיר אווירי עבור פראי-סוג coelicolor ס זן MT1110 (WT) בהשוואה transposon אקראיים שונים ההכנסה מוטציות עם פנוטיפים התפתחותית. מוטציות חסרים גם של תפטיר אווירי [קירח (בנין)] או של תפטיר אווירי עם פיגמנטציה נבג מופחתת [לבן (א)]. מוטציות transposon נוצרו באמצעות מיני-Tn5 עבור הכניסה מוטגנזה מכוונת6,7. הזנים היו מבוגרים על MS אגר במשך 5 ימים ב- 30 ° C. צלחת פטרי קוטר 100 מ מ.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57373/57373fig2.jpg"> איור 2: שלב-ניגודיות micrographs מציג נציג אווירי בשביל המוטציה S. coelicolor לבן זנים המכילים transposon אקראיים ההכנסה מוטציות. (א) מוצג הוא פילמנט אווירי נציג פראי סוג עבר חלוקות תאים סינכרונית, המרווחות באופן קבוע, ייצור אחיד בצורת, בגודל נבגים (MT1110). (B–F) הלוחות הנותרים מראים על הפנוטיפים מיקרוסקופיים שונה לחלוטין של מוטציות לבן שונים שהיו מבודדים באמצעות מוטגנזה מכוונת transposon אקראיים. פאנל B מראה של פילמנט אווירי לא עבר הנבגה, אך במקום זאת הפיק בולטות שטחים בתוך חוט הלהט. חיצים ארוכים ב- C, Dו- F מציינים נבגים גדולה באופן חריג האופייניים של מוטציות MIC42, MIC43 ו- TH49. החץ קצר בחלונית D מציין דוגמה תא נבג lysed. פאנל E מראה התאים קטנים יותר בחלקו מכווץ האופייניים של הרשתות נבג המיוצר על ידי מוטציה TH10. הזנים היו מבוגרים על MS אגר במשך 5 ימים ב- 30 ° C. המוטציות אינן קשורות לאלו המוצגות באיור1. נבג פראי סוג הוא כ 1.1 מיקרומטר על ציר זמן. סרגל קנה מידה = 2 מיקרומטר. <a href="/files/ftp_upload/57373/57373fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57373/57373fig3v2.jpg"> איור 3: נציג micrographs מראה coelicolor ס מוטציה כרומוזום פנוטיפים סגרגציה. (א) A תרשים ייצוג מראה פראי-סוג, המרווחות באופן קבוע צביעת במראה הטיפוסי של שרשרת של נבגים (כל נבג מכיל DNA כרומוזומלית) לעומת התבנית מכתימים לסירוגין עבור מוטנט המציג כרומוזום סגרגציה פגם. (B) לכל זוג פאנלים מראה הנבג באותה שרשרת שנצפה על ידי ניגודיות התערבות דיפרנציאלית (DIC) התמונה משמאל תמונת פלורסצנטיות שהוכתמו יודיד propidium מוצגת בצד הימין. פנוטיפ פראי-סוג (a, b) לעומת שתי מוטציות ההכנסה transposon אקראיים (c, d ו- e, f). חיצים מציינים נבגים ללא ה-DNA. הזנים היו מבוגרים על MS אגר במשך 5 ימים ב- 30 ° C. המוטציות המוצגות אינן קשורות לאלו איור 1 ו- 2 איור. סרגל קנה מידה = 1 מיקרומטר. <a href="/files/ftp_upload/57373/57373fig3v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57373/57373fig4v3.jpg"> איור 4: זריחה micrograph של זן פראי-סוג venezuelae ס מוכתם WGA-FITC. (א) A תרשים של פילמנט אווירי מופיעה חלקה עם אין כניסות ויש סימנים נראים לעין הנבגה באמצעות מיקרוסקופ שלב-ניגודיות בהשוואה המערך דמוי סולם של צביעת קיר התא, זה מצביע על שלב מוקדם הנבגה החלה את הלהט אותו באמצעות WGA-FITC תחת מיקרוסקופ זריחה. Micrographs (B) של פראי-סוג venezuelae ס. חוטים אווירי חלקה () נמצאים בין שרשראות של נבגים. (b) במרחק תפטיר שמוצג בחלונית, אחד נימה אווירי בשלב מוקדם בהתפתחות הנו מערך דמוי סולם של דופן התא התצהיר. חיצים מציינים היווצרות המרווחות באופן קבוע של צלב-קירות מוכתמת WGA-FITC המתפתחים באופן סינכרוני בתוך פילמנט אווירי יחיד כמו זה עובר הנבגה הקשורים נכה. המתח היה גדל על MYM MYM (altoseמ', תמצית מזרח Y, תמצית alt מ') אגר במשך 38 h ב- 30 ° C. סרגל קנה מידה = 2 מיקרומטר. <a href="/files/ftp_upload/57373/57373fig4v3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Visual and Microscopic Evaluation of Streptomyces Developmental Mutants at JoVE.com

Visual and Microscopic Evaluation of Streptomyces Developmental Mutants

הערכות חזותי מיקרוסקופיים של מוטציות התפתחותית Streptomyces

כאן אנו מציגים פרוטוקולים עבור המתחיל החוקרים ליזום phenotyping עבור סוג חיידקים חשובים פרמקולוגית של Streptomyces.

Streptomycetes are filamentous soil bacteria belonging to the phylum Actinobacteria that are found throughout the world and produce a wide array of ...

visual-microscopic-evaluation-streptomyces-developmental

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Visual and Microscopic Evaluation of Streptomyces Developmental Mutants

17.6K Views.  Otterbein University. כאן אנו מציגים פרוטוקולים עבור המתחיל החוקרים ליזום phenotyping עבור סוג חיידקים חשובים פרמקולוגית של Streptomyces.

Video: Visual and Microscopic Evaluation of Streptomyces Developmental Mutants

Facilitating the Analysis of Immunological Data with Visual Analytic Techniques

Visual analytics (VA) has emerged as a new way to analyze large dataset through interactive visual display. We demonstrated the utility and the flexibility of a VA approach in the analysis of biological datasets. Examples of these datasets in immunology include flow cytometry, Luminex data, and genotyping (e.g., single nucleotide polymorphism) data. Contrary to the traditional information visualization approach, VA restores the analysis power in the hands of analyst by allowing the analyst to engage in real-time data exploration process. We selected the VA software called Tableau after evaluating several VA tools. Two types of analysis tasks analysis within and between datasets were demonstrated in the video presentation using an approach called paired analysis. Paired analysis, as defined in VA, is an analysis approach in which a VA tool expert works side-by-side with a domain expert during the analysis. The domain expert is the one who understands the significance of the data, and asks the questions that the collected data might address. The tool expert then creates visualizations to help find patterns in the data that might answer these questions. The short lag-time between the hypothesis generation and the rapid visual display of the data is the main advantage of a VA approach.

Visual analytics (VA) is a new approach of analyzing data interactively. In this video, we discuss the data overload problem brought on by high-throughput biological experiments, and propose VA as a solution to such problem. The video demonstrates analysis within and between immunological datasets using a VA tool called Tableau.

להקל על ניתוח נתונים החיסוני עם טכניקות Analytic חזותית

Visual analytics (VA) has emerged as a new way to analyze large dataset through interactive visual display. We demonstrated the utility and the ...

A Genetic Screen to Isolate Toxoplasma gondii Host-cell Egress Mutants

The widespread, obligate intracellular, protozoan parasite Toxoplasma gondii causes opportunistic disease in immuno-compromised patients and causes birth defects upon congenital infection. The lytic replication cycle is characterized by three stages: 1. active invasion of a nucleated host cell; 2. replication inside the host cell; 3. active egress from the host cell. The mechanism of egress is increasingly being appreciated as a unique, highly regulated process, which is still poorly understood at the molecular level. The signaling pathways underlying egress have been characterized through the use of pharmacological agents acting on different aspects of the pathways1-5. As such, several independent triggers of egress have been identified which all converge on the release of intracellular Ca2+, a signal that is also critical for host cell invasion6-8. This insight informed a candidate gene approach which led to the identification of plant like calcium dependent protein kinase (CDPK) involved in egress9. In addition, several recent breakthroughs in understanding egress have been made using (chemical) genetic approaches10-12. To combine the wealth of pharmacological information with the increasing genetic accessibility of Toxoplasma we recently established a screen permitting the enrichment for parasite mutants with a defect in host cell egress13. Although chemical mutagenesis using N-ethyl-N-nitrosourea (ENU) or ethyl methanesulfonate (EMS) has been used for decades in the study of Toxoplasma biology11,14,15, only recently has genetic mapping of mutations underlying the phenotypes become routine16-18. Furthermore, by generating temperature-sensitive mutants, essential processes can be dissected and the underlying genes directly identified. These mutants behave as wild-type under the permissive temperature (35 &deg;C), but fail to proliferate at the restrictive temperature (40 &deg;C) as a result of the mutation in question. Here we illustrate a new phenotypic screening method to isolate mutants with a temperature-sensitive egress phenotype13. The challenge for egress screens is to separate egressed from non-egressed parasites, which is complicated by fast re-invasion and general stickiness of the parasites to host cells. A previously established egress screen was based on a cumbersome series of biotinylation steps to separate intracellular from extracellular parasites11. This method also did not generate conditional mutants resulting in weak phenotypes. The method described here overcomes the strong attachment of egressing parasites by including a glycan competitor, dextran sulfate (DS), that prevents parasites from sticking to the host cell19. Moreover, extracellular parasites are specifically killed off by pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC), which leaves intracellular parasites unharmed20. Therefore, with a new phenotypic screen to specifically isolate parasite mutants with defects in induced egress, the power of genetics can now be fully deployed to unravel the molecular mechanisms underlying host cell egress.

A Genetic Screen to Isolate Toxoplasma gondii Host-cell Egress Mutants

Forward genetics is a powerful method to unravel the molecular level of how Toxoplasma egresses from its host cell. Protocols are provided to chemically mutagenize parasites, enrich for mutants with defects in induced egress, and validate the phenotype of cloned mutants.

מסך גנטית לבודד Toxoplasma gondii מארח תאים יציאה מוטציות

The widespread, obligate intracellular, protozoan parasite Toxoplasma gondii causes opportunistic disease in immuno-compromised patients and causes birth ...

A Visual Assay to Monitor T6SS-mediated Bacterial Competition

Type VI secretion systems (T6SSs) are molecular nanomachines allowing Gram-negative bacteria to transport and inject proteins into a wide variety of target cells1,2. The T6SS is composed of 13 core components and displays structural similarities with the tail-tube of bacteriophages3. The phage uses a tube and a puncturing device to penetrate the cell envelope of target bacteria and inject DNA. It is proposed that the T6SS is an inverted bacteriophage device creating a specific path in the bacterial cell envelope to drive effectors and toxins to the surface. The process could be taken further and the T6SS device could perforate other cells with which the bacterium is in contact, thus injecting the effectors into these targets. The tail tube and puncturing device parts of the T6SS are made with Hcp and VgrG proteins, respectively4,5.
The versatility of the T6SS has been demonstrated through studies using various bacterial pathogens. The Vibrio cholerae T6SS can remodel the cytoskeleton of eukaryotic host cells by injecting an "evolved" VgrG carrying a C-terminal actin cross-linking domain6,7. Another striking example was recently documented using Pseudomonas aeruginosa which is able to target and kill bacteria in a T6SS-dependent manner, therefore promoting the establishment of bacteria in specific microbial niches and competitive environment8,9,10.
In the latter case, three T6SS-secreted proteins, namely Tse1, Tse2 and Tse3 have been identified as the toxins injected in the target bacteria (Figure 1). The donor cell is protected from the deleterious effect of these effectors via an anti-toxin mechanism, mediated by the Tsi1, Tsi2 and Tsi3 immunity proteins8,9,10. This antimicrobial activity can be monitored when T6SS-proficient bacteria are co-cultivated on solid surfaces in competition with other bacterial species or with T6SS-inactive bacteria of the same species8,11,12,13.
The data available emphasized a numerical approach to the bacterial competition assay, including time-consuming CFU counting that depends greatly on antibiotic makers. In the case of antibiotic resistant strains like P. aeruginosa, these methods can be inappropriate. Moreover, with the identification of about 200 different T6SS loci in more than 100 bacterial genomes14, a convenient screening tool is highly desirable. We developed an assay that is easy to use and requires standard laboratory material and reagents. The method offers a rapid and qualitative technique to monitor the T6SS-dependent bactericidal/bacteriostasis activity by using a reporter strain as a prey (in this case Escherichia coli DH5&alpha;) allowing a-complementation of the lacZ gene. Overall, this method is graphic and allows rapid identification of T6SS-related phenotypes on agar plates. This experimental protocol may be adapted to other strains or bacterial species taking into account specific conditions such as growth media, temperature or time of contact.

We describe a qualitative assay to monitor bacterial competition mediated by the Pseudomonas aeruginosa type VI secretion system (T6SS). The assay relies on the survival/killing of Escherichia coli target cells carrying a lacZ-reporter. This technique is adjustable to assess the bactericidal/bacteriostasis activity of T6SS-proficient microorganisms.

Assay חזותי לפקח תחרות קטריאלי T6SS בתיווך

Type VI secretion systems (T6SSs) are molecular  nanomachines allowing Gram-negative bacteria to transport and inject proteins  into a wide variety of ...

High-throughput Quantitative Real-time RT-PCR Assay for Determining Expression Profiles of Types I and III Interferon Subtypes

Described in this report is a qRT-PCR assay for the analysis of seventeen human IFN subtypes in a 384-well plate format that incorporates highly specific locked nucleic acid (LNA) and molecular beacon (MB) probes, transcript standards, automated multichannel pipetting, and plate drying. Determining expression among the type I interferons (IFN), especially the twelve IFN-&#945; subtypes, is limited by their shared sequence identity; likewise, the sequences of the type III IFN, especially IFN-&#955;2 and -&#955;3, are highly similar. This assay provides a reliable, reproducible, and relatively inexpensive means to analyze the expression of the seventeen interferon subtype transcripts.

This protocol describes a high-throughput qRT-PCR assay for the analysis of type I and III IFN expression signatures. The assay discriminates single base pair differences between the highly similar transcripts of these genes. Through batch assembly and robotic pipetting, the assays are consistent and reproducible.

תפוקה גבוהה בזמן אמת כמותי RT-PCR Assay לקביעת פרופילי ביטוי של סוגי I ו- III תת סוגי אינטרפרון

Described in this report is a qRT-PCR assay for the analysis of seventeen human IFN subtypes in a 384-well plate format that incorporates highly specific ...

Generation and Multi-phenotypic High-content Screening of Coxiella burnetii Transposon Mutants

Invasion and colonization of host cells by bacterial pathogens depend on the activity of a large number of prokaryotic proteins, defined as virulence factors, which can subvert and manipulate key host functions. The study of host/pathogen interactions is therefore extremely important to understand bacterial infections and develop alternative strategies to counter infectious diseases. This approach however, requires the development of new high-throughput assays for the unbiased, automated identification and characterization of bacterial virulence determinants. Here, we describe a method for the generation of a GFP-tagged mutant library by transposon mutagenesis and the development of high-content screening approaches for the simultaneous identification of multiple transposon-associated phenotypes. Our working model is the intracellular bacterial pathogen Coxiellaburnetii, the etiological agent of the zoonosis Q fever, which is associated with severe outbreaks with a consequent health and economic burden. The obligate intracellular nature of this pathogen has, until recently, severely hampered the identification of bacterial factors involved in host pathogen interactions, making of Coxiella the ideal model for the implementation of high-throughput/high-content approaches.

Generation and Multi-phenotypic High-content Screening of Coxiella burnetii Transposon Mutants

Coxiella burnetii is an obligate intracellular Gram-negative bacterium responsible for the zoonotic disease Q fever. Here we describe methods for the generation of Coxiella fluorescent transposon mutants as well as the automated identification and analysis of the resulting internalization, replication and cytotoxic phenotypes.

דור והקרנה גבוהה תוכן רב-פנוטיפי של<em&gt; Burnetii Coxiella</em&gt; מוטאנטים טרנספוזון

Invasion and colonization of host cells by bacterial pathogens depend on the activity of a large number of prokaryotic proteins, defined as virulence ...

Evaluation of Extracellular Vesicle Function During Malaria Infection

Malaria is a life-threatening disease caused by Plasmodium parasites, with P. falciparum being the most prevalent on the African continent and responsible for most malaria-related deaths globally. Several factors including parasite sequestration in tissues, vascular dysfunction, and inflammatory responses influence the evolution of the disease in malaria-infected people. P. falciparum-infected red blood cells (iRBCs) release small extracellular vesicles (EVs) containing different kinds of cargo molecules that mediate pathogenesis and cellular communication between parasites and host. EVs are efficiently taken up by cells in which they modulate their function. Here we discuss strategies to address the role of EVs in parasite-host interactions. First, we describe a straightforward method for labeling and tracking EV internalization by endothelial cells, using a green cell linker dye. Second, we report a simple way to measure permeability across an endothelial cell monolayer by using a fluorescently labeled dextran. Finally, we show how to investigate the role of small non-coding RNA molecules in endothelial cell function.

In this work, we describe protocols to investigate the role of extracellular vesicles (EVs) released by Plasmodium falciparum infected erythrocytes. In particular, we focus on the interactions of EVs with endothelial cells.

הערכה של תפקוד שלפוחית חוץ-תאית במהלך מלריה זיהום

Malaria is a life-threatening disease caused by Plasmodium parasites, with P. falciparum being the most prevalent on the African continent and responsible ...

Paraffin Embedding and Thin Sectioning of Microbial Colony Biofilms for Microscopic Analysis

Sectioning via paraffin embedding is a broadly established technique in eukaryotic systems. Here we provide a method for the fixation, embedding, and sectioning of intact microbial colony biofilms using perfused paraffin wax. To adapt this method for use on colony biofilms, we developed techniques for maintaining each sample on its growth substrate and laminating it with an agar overlayer, and added lysine to the fixative solution. These optimizations improve sample retention and preservation of micromorphological features. Samples prepared in this manner are amenable to thin sectioning and imaging by light, fluorescence, and transmission electron microscopy. We have applied this technique to colony biofilms of Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas synxantha, Bacillus subtilis, and Vibrio cholerae. The high level of detail visible in samples generated by this method, combined with reporter strain engineering or the use of specific dyes, can provide exciting insights into the physiology and development of microbial communities.

We describe fixation, paraffin embedding, and thin sectioning techniques for microbial colony biofilms. In prepared samples, biofilm substructure and reporter expression patterns can be visualized by microscopy.

פרפין הטבעה ואת חלוקתה דק של מושבת חיידקים Biofilms לבדיקה מיקרוסקופית

Sectioning via paraffin embedding is a broadly established technique in eukaryotic systems. Here we provide a method for the fixation, embedding, and ...

Replication of the Ordered, Nonredundant Library of Pseudomonas aeruginosa strain PA14 Transposon Insertion Mutants

Pseudomonas aeruginosa is a phenotypically and genotypically diverse and adaptable Gram-negative bacterium ubiquitous in human environments. P. aeruginosa is able to form biofilms, develop antibiotic resistance, produce virulence factors, and rapidly evolve in the course of a chronic infection. Thus P. aeruginosa can cause both acute and chronic, difficult to treat infections, resulting in significant morbidity in certain patient populations. P. aeruginosa strain PA14 is a human clinical isolate with a conserved genome structure that infects a variety of mammalian and nonvertebrate hosts making PA14 an attractive strain for studying this pathogen. In 2006, a nonredundant transposon insertion mutant library containing 5,459 mutants corresponding to 4,596 predicted PA14 genes was generated. Since then, distribution of the PA14 library has allowed the research community to better understand the function of individual genes and complex pathways of P. aeruginosa. Maintenance of library integrity through the replication process requires proper handling and precise techniques. To that end, this manuscript presents protocols that describe in detail the steps involved in library replication, library quality control and proper storage of individual mutants.

Replication of the Ordered, Nonredundant Library of Pseudomonas aeruginosa strain PA14 Transposon Insertion Mutants

Pseudomonas aeruginosa infection causes significant morbidity in vulnerable hosts. The nonredundant transposon insertion mutant library of P. aeruginosa strain PA14, designated as PA14NR Set, facilitates analysis of gene functionality in numerous processes. Presented here is a protocol to generate high-quality copies of the PA14NR Set mutant library.

שכפול של הוזמן, ספריית Nonredundant של Pseudomonas aeruginosa זן PA14 Transposon ההכנסה מוטציות

Pseudomonas aeruginosa is a phenotypically and genotypically diverse and adaptable Gram-negative bacterium ubiquitous in human environments. P. aeruginosa ...

Complementary Use of Microscopic Techniques and Fluorescence Reading in Studying Cryptococcus-Amoeba Interactions

To simulate Cryptococcus infection, amoeba, which is the natural predator of cryptococcal cells in the environment, can be used as a model for macrophages. This predatory organism, similar to macrophages, employs phagocytosis to kill internalized cells. With the aid of a confocal laser-scanning microscope, images depicting interactive moments between cryptococcal cells and amoeba are captured. The resolution power of the electron microscope also helps to reveal the ultrastructural detail of cryptococcal cells when trapped inside the amoeba food vacuole. Since phagocytosis is a continuous process, quantitative data is then integrated in the analysis to explain what happens at the timepoint when an image is captured. To be specific, relative fluorescence units are read in order to quantify the efficiency of amoeba in internalizing cryptococcal cells. For this purpose, cryptococcal cells are stained with a dye that makes them fluoresce once trapped inside the acidic environment of the food vacuole. When used together, information gathered through such techniques can provide critical information to help draw conclusions on the behavior and fate of cells when internalized by amoeba and, possibly, by other phagocytic cells.

Complementary Use of Microscopic Techniques and Fluorescence Reading in Studying Cryptococcus-Amoeba Interactions

This paper details a protocol for preparing a co-culture of cryptococcal cells and amoebae that is studied using still, fluorescent images and high-resolution transmission electron microscope images. Illustrated here is how quantitative data can complement such qualitative information.

שימוש משלים של טכניקות מיקרוסקופיים וקריאה פלואורסצנטית ללמוד קריפטוקוקוס-אמבה אינטראקציות

To simulate Cryptococcus infection, amoeba, which is the natural predator of cryptococcal cells in the environment, can be used as a model for ...

Rapid, Seamless Generation of Recombinant Poxviruses using Host Range and Visual Selection

Vaccinia virus (VACV) was instrumental in eradicating variola virus (VARV), the causative agent of smallpox, from nature. Since its first use as a vaccine, VACV has been developed as a vector for therapeutic vaccines and as an oncolytic virus. These applications take advantage of VACV&#8217;s easily manipulated genome and broad host range as an outstanding platform to generate recombinant viruses with a variety of therapeutic applications. Several methods have been developed to generate recombinant VACV, including marker selection methods and transient dominant selection. Here, we present a refinement of a host range selection method coupled with visual identification of recombinant viruses. Our method takes advantage of selective pressure generated by the host antiviral protein kinase R (PKR) coupled with a fluorescent fusion gene expressing mCherry-tagged E3L, one of two VACV PKR antagonists. The cassette, including the gene of interest and the mCherry-E3L fusion is flanked by sequences derived from the VACV genome. Between the gene of interest and mCherry-E3L is a smaller region that is identical to the first ~150 nucleotides of the 3&#8217; arm, to promote homologous recombination and loss of the mCherry-E3L gene after selection. We demonstrate that this method permits efficient, seamless generation of rVACV in a variety of cell types without requiring drug selection or extensive screening for mutant viruses.

This is a method to generate &#8220;scarless&#8221; recombinant vaccinia viruses using host-range selection and visual identification of recombinant viruses.