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多様な細菌、グラム陰性菌、グラム陽性菌、抗酸菌種を含むポリリン酸の迅速定量のための簡単な方法について述べる。
無機ポリリン酸 (ポリープ) は、生活のすべてのドメインからの細胞は、生体高分子を病原性および多くの細菌のストレス反応に必要です。さまざまな労働集約的なまたは小文字を区別しない、その有用性を制限することは、多くの生体物質の定量化のポリープの方法があります。我々 提示ここで細菌、ポリープの定量化のための合理化された方法複数サンプルがあり、ポリープ固有 exopolyphosphatase ScPPX とポリープの消化および検出の迅速な処理のために最適化されたシリカ膜列抽出を使用して、敏感なアスコルビン酸ベースの比色試金とフリーのりん酸塩を生じる。このプロシージャは簡単、安価で、し多様な菌種で、信頼性の高いポリープ定量化。グラム陰性細菌 (大腸菌)、乳酸グラム陽性細菌 (乳酸菌ロイテリ) 抗酸菌種 (アラビノースイソメラーゼ) から代表的なポリープ定量化を提案します。私たちもこれは現在市販されていない ScPPX、mg 量のニッケル親和性の浄化のための単純なプロトコルを含まれます。
無機ポリリン酸 (ポリープ) はライフ1,2,3のすべてのドメインである phosphoanhydride リンク リン酸単位の線形生体高分子です。多様な細菌でポリープは欠かせないストレス反応、運動、バイオ フィルム形成、細胞周期制御、抗生物質耐性、病原性4,5,6,7,8 ,9,10,11。ポリープ細菌で代謝の研究したがって病気を引き起こす、さまざまな環境で繁栄する細菌の能力に根本的な洞察力をもたらす可能性があります。多くの場合、細菌細胞における定量化のポリープとして使用する方法が、これらの研究を制限する要素です。
現在ポリープ生体試料中濃度を測定するために使用するいくつかの方法があります。これらのメソッドは通常 2 つの明瞭なステップを含む: それらの抽出物でポリープを抽出し、ポリープを定量化を提示します。Bru と同僚で12フェノールを使用する RNA と DNA 抽出ポリープ酵母酵母として開発した現在の金本位法、クロロホルム、エタノールの沈殿物、治療が続く出芽酵母ポリープ分解酵素 exopolyphosphatase (ScPPX)13を使用して定量化は、フリーのりん酸塩を生成するために結果として得られる精製ポリープの消化およびリボヌクレアーゼ (RNase)、デオキシリボヌクレアーゼ (DNase)、マラカイト グリーンを用いた比色定量法。この手順は、非常に数量が、労働集約的な単一の実験で処理することができ、細菌性のサンプルのために最適化されていませんするサンプルの数を制限することです。他の人はさまざまな細胞や組織をシリカビーズ ("glassmilk") またはシリカ膜列6,14,15,16,17を使用してからポリープを抽出を報告しています。 18。これは主に合成と一般的に考えられている細菌をそれほど考慮これらのメソッドは効率的に短鎖ポリープ (未満 60 リン酸単位)12,14,15, を抽出できません。長鎖ポリープ3。強い酸19,20を使用してポリープ抽出のより古い方法はもはや広く利用されてポリープは酸性条件12の下で安定しているので。
また、さまざまな定量化ポリープの報告方法があります。最も一般的なの間では 4 ', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) 蛍光色素の詳細は通常、DNA を染色に使用です。DAPI ポリープ錯体 DAPI DNA 複合体21,22より異なる蛍光励起と放射マキシマが RNA、ヌクレオチド、イノシトールなど他の細胞部品からかなりの干渉があります。リン酸塩12,15,16,23, 特異性とこのメソッドを使用してポリープ測定の感受性を減らします。ポリープとアデノシン二リン酸 (ADP) をアデノシン三リン酸 (ATP) を精製した大腸菌を使用してに変換する代わりに、ポリープのキナーゼ (PPK) およびルシフェラーゼ14,17 を用いて定量化結果 ATP ,18。これはポリープの非常に少量の検出が可能、2 つの酵素反応ステップ ルシフェリンと非常に純粋な ADP は、高価な試薬であるが必要です。ScPPX フリーのりん酸塩6,12,13,24、簡単な方法、しかし ScPPX を使用して検出することができますに特にダイジェスト ポリープは DNA および RNA の12によって阻害されます。ポリープを含む必要と DNase、RNase 処理を抽出します。PPK も ScPPX も市販と PPK の浄化は比較的複雑な25,26。
DAPI 染色27,28,29,30、チェーン長さの評価を許可して、メソッドは負で、セル lysates または抽出物でポリープのポリアクリルアミドゲルで視覚化できるも低スループットと低い定量。
我々 は今多様な細菌種のレベル ポリープの急速な定量化を可能にする安価な高速、中速のポリープ アッセイを報告します。このメソッドは、複数のサンプルの迅速な処理のために最適化されたシリカ膜列抽出に続いて携帯電話のホスファターゼを不活化する 95 ° c 4 M グアニジン イソチオ シアン酸 (GITC)14で細菌細胞の分離によって開始します。得られたポリープを含む抽出液は、DNase、RNase の治療の必要性を排除する ScPPX の大過剰と消化されます。ScPPX の mg 量の簡単なニッケル親和性の浄化のためのプロトコルが含まれます。最後に、ポリープ由来フリーのりん酸塩は、単純な敏感なアスコルビン酸ベースの比色定量法24の定量化し、総細胞蛋白質に正規化します。このメソッドは、細菌細胞、ポリープの測定を合理化し、グラム陰性菌、グラム陽性菌、抗酸菌の代表種でその使用を示します。
1. 浄化酵母 Exopolyphosphatase (ScPPX)
2. ポリリン酸抽出のサンプルを収穫
3. セル Lysates のタンパク質含有量の測定
4. ポリリン酸の抽出
5. ポリリン酸の消化
6. 検出フリーのりん酸塩24
7. 細胞ポリリン酸の内容を計算します。
プロトコルの主な手順は、図 1の単純な形で立てます。
グラム陰性菌、野生型大腸菌にこのプロトコルの使用を示すため MG165539だった LB (200 rpm) の揺れで 37 ° C で豊富な培地の中間ログ段階に成長して、洗浄し、でさらに 2 時間インキュベートmorpholinopropanesulfonate バッファー (モップ) 最小限中40 g L-1のグルコースと 0.1 ミリメートル K2HPO4、ポリープ14,29の生産を誘導するために知られている状態を含みます。図 2 aのように、検出したないポリープ野生型大腸菌LB と 192 ± 14 (平均 ± 標準偏差 [SD]) nmol ポリープ mg-1総蛋白モップ、以前レポート14,29 と一貫性の栽培.∆ppx変異6exopolyphosphatase42を欠いている、生産のほぼ同じ量どおり、∆ppk変異6が欠けているポリープ キナーゼ41、出ないいずれかの媒体でポリープ、野生型のポリープと ∆phoB変異29、リン酸輸送の欠陥は、野生型14,29,43よりも大幅に少ないポリープを生産しました。
グラム陽性菌、野生型l. ロイテリでこのプロトコルの使用を実証するには、ATCC PTA 647536とポリープのキナーゼ、oligo 監督ジーン44を使用して構築に欠けている同質遺伝子ppk1 null 変異体だった37 ° C でメイ C で一晩に成長して、揺れなし。示すように図 2 b野生型蓄積された 51 ± 6 nmol ポリープ mg-1全蛋白質のこれらの条件の下でppk1変異にこの半分以下の金額が含まれている間。L. ロイテリには ppk1 null 変異でおそらくポリープのアカウントを提示、 ppk2遺伝子45によって符号化される 2 番目のポリープ キナーゼが含まれています。
抗酸菌にこのプロトコルの使用を示すためには、アラビノースイソメラーゼひずみ SMR546育った中間ログ フェーズにハートマン - ヤンデボント (HdB) 中47、し、すすぎで 5 倍希釈の HdB の HdB の 2% エタノール。揺れ (180 rpm) で 37 ° C で一晩培養し、これらの文化。エタノールがない場合図 2で示すように、 M. smegmatisは 141 ± 52 nmol ポリープ mg-1総蛋白、出来上ってエタノール治療結果倍 437 ± 102 nmol ポリープ mg-1総蛋白。エタノールは、以前ポリープM. smegmatis48のレベルを高めると報告されているので、この結果は予想されました。
図 1: ポリリン酸抽出・測定手順の図。ポリープの定量化のプロトコルの基本的な手順を示しています。細菌の細胞ペレットは、95 ° c GITC (イソチオ シアン酸グアニジン) で分離します。Lysates の小さい因数は、ブラッドフォードの試金を使用して蛋白質含量の試金されます。シリカ膜の列を使用して、ScPPX を消化し、ポリープが抽出されます。結果として得られるフリーのりん酸塩は、アスコルビン酸アッセイを用いた定量化されます。合計ポリープ由来リン酸は、各サンプルの総蛋白に正規化されます。595 595 で吸光度を = nm;882 882 吸光度を = nm。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: 代表結果多様な細菌と。(A)エシェリヒア属大腸菌MG1655 野生型および同質 ∆ppk、∆ppxと ∆phoB変異体は、37 ° C (200 rpm) を600に揺れで栽培した = 0.2 - 豊富な LB 培地 (黒い円) で 0.4 最小媒体 (モップにシフトし、4 g L-1グルコースと 0.1 ミリメートル K2HPO4含む) 2 時間 (白い円; n = 3、± SD)。(B) l. ロイテリATCC PTA 6475 (円) と同質遺伝子ppk1 null 変異 (三角形) は、振ることがなくメイ C 培地で 37 ° C で一晩栽培した (n = 3、± SD)。(C) M. smegmatis SMR5 が 37 ° C (180 rpm) を600に揺れで成長した (閉じた正方形) の HdB 中 1 を = (広場) 2% エタノールの有無 (n = 3、± SD)。ポリープ レベルは個別無料ポリープ由来のリン酸の濃度の観点から表されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
ここで説明されているプロトコルは、簡素化、24 サンプル処理に約 1.5 時間を取っての典型的なセットを持つ多様な細菌のポリープ レベルの定量化を加速します。これはサンプルの迅速なスクリーニングと変異ライブラリ解析が可能、簡単に時間をかけてポリープの蓄積を測定の実験。プロトコルが 3 つ門の代表者で効果的に動作することを実現した: フィルミクテス門、プロテオ バクテリアとアクチノ バクテリアは、その弾力性のあるために悪名高いが、細胞壁49を分離することは困難。
ScPPX と消化によるポリープの検出はより具体的と、DAPI の蛍光検出より敏感より安くより技術的にポリープの PPK を使用して ATP への変換よりも簡単です。ScPPX は、DNA および RNA の12によって阻害される、我々 は以上 6,000 nmol ポリープ mg-1蛋白質29を含んでいる細菌でさえ完全な消化力を達成するために非常に大過剰の酵素 (サンプルあたり 1 μ g) を使用して、これを克服しています。その他公開メソッド使用 10 に 15 ng ScPPX の反応12,24あたり。ScPPX 浄化のためのプロトコルは、通常、1 リットルあたり 5,000 以上の試金のために十分である過剰発現文化の純粋な ScPPX の 5 mg 以上を生みます。ニッケル親和性彼の付けられた蛋白質の浄化のためのいくつかの異なるプロトコルが過剰に発現して pScPPX2 から ScPPX を浄化するためによく働くことがわかった (データは示されていない) に、さまざまな所に合わせて利用可能なこのようなプロトコルのさまざまな技術的能力。
ポリープの検出のための ScPPX 消化を使用して以前のプロトコルしばしば、フリーのりん酸塩6,12を定量化するマラカイト グリーン ベース比色試金に頼ってきました。これらの試金が敏感、通常正確な測定24,50,51にする 2 つまたは 3 つの独立した試薬の注意深く時限連続添加が必要です。アスコルビン酸ベースの検出システムに使用されるここで24広い線形の範囲を持って検出マラカイト グリーンよりも感度の損失なしにのみ単一の試薬の付加を含む、正確な必要としないタイミング。
このプロトコルの成功に不可欠ないくつかの手順があります。まず、細菌のサンプルは GITC でポリープ レベルは、サンプリングの時間後に変更しないことを確保し、急速に細胞の脱燐酸化酵素を不活性化する、収穫後すぐに分離する必要があります。第二に、10 分以上 95 ° C で GITC lysates をインキュベートしていないすぐに保存可能なポリープの加水分解を最小限に抑える-80 ° C でその後。第三に、スプラッシュまたは別のものに 1 つのサンプルから何かを点滴タンパク質やリン酸の測定のための 96 ウェル プレートにサンプルをピペッティングに注意します。比色法、特にリン酸は非常に敏感であり、汚染量が少ないことができます結果を歪曲して強く。最後に、このプロトコル (すなわちScPPX、検出ソリューション) で使われるいくつかの試薬棚生命を限定します。すべての 6 ヶ月間、新鮮な新鮮な ScPPX を準備、毎月検出ソリューション。
本手法の 1 つの制限は、シリカ列では未満 60 リン酸単位の長い非常によく12,14,15のポリープがバインドしないでください。ポリアクリルアミドゲル電気泳動27,30を使用して使用する前に特定の細菌種でチェーンの長さを評価する実験をお勧めしますが、細菌は通常、主鎖状ポリープ3を合成、私たちの手順。種短鎖ポリープがポリープのプールのかなりの割合を占めて、私たちのプロトコルは適切ではないと我々 は (例えばフェノール-クロロホルム抽出12)、別の方法によってポリープを抽出をお勧めしもお勧め市販s. cereviseaeと ScPPX 消化を補うピロホスファターゼ (PPA1)24ScPPX はピロリン酸13これを消化しないので、比例してより高い影響を与える短い鎖の測定ポリープです。ScPPX する代わりに、酸加水分解38無料のリン酸、ポリープを加水分解される可能性がありますが、これはのみポリープ由来のリン酸が測定されていたことを確認する追加の DNase、RNase、浄化手順を必要でしょう。場合によっては、抗酸菌などの厚い細胞壁を持っている知られている細菌、特に系統または条件、間 GITC とポリープ抽出の効率が異なるかどうかをテストするのには代替抽出メソッドを使用すると便利場合があります。PPK を使用してポリープを極めて敏感を使用して検出することができます ATP に変換するなどの異なる検出スキームを使用する必要がある場合はポリープの本法の検出限界以下のレベルは特定の種の研究のために重要、市販のルシフェラーゼ アッセイ14,17,18。
著者が明らかに何もありません。
このプロジェクトは、バーミンガム講座スタートアップ資金および NIH グラント R35GM124590 (MJG) に NIH グラント R01AI121364 (FW) にアラバマ大学によって支えられました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
E. coli BL21(DE3) | Millipore Sigma | 69450 | |
plasmid pScPPX2 | Addgene | 112877 | available to academic and other non-profit institutions |
LB broth | Fisher Scientific | BP1427-2 | E. coli growth medium |
ampicillin | Fisher Scientific | BP176025 | |
isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) | Gold Biotechnology | I2481C | |
HEPES buffer | Gold Biotechnology | H-400-1 | |
potassium hydroxide (KOH) | Fisher Scientific | P250500 | for adjusting the pH of HEPES-buffered solutions |
sodium chloride (NaCl) | Fisher Scientific | S27110 | |
imidazole | Fisher Scientific | O3196500 | |
lysozyme | Fisher Scientific | AAJ6070106 | |
magnesium chloride (MgCl2) | Fisher Scientific | BP214-500 | |
Pierce Universal Nuclease | Fisher Scientific | PI88700 | Benzonase (Sigma-Aldrich cat. # E1014) is an acceptable substitute |
Model 120 Sonic Dismembrator | Fisher Scientific | FB-120 | other cell lysis methods (e.g. French Press) can also be effective |
5 mL HiTrap chelating HP column | GE Life Sciences | 17040901 | any nickel-affinity chromatography column or resin could be substituted |
nickel(II) sulfate hexahydrate | Fisher Scientific | AC415611000 | for charging HiTrap column |
0.8 µm pore size cellulose acetate syringe filters | Fisher Scientific | 09-302-168 | |
Bradford reagent | Bio-Rad | 5000205 | |
Tris buffer | Fisher Scientific | BP1525 | |
Spectrum Spectra/Por 4 RC Dialysis Membrane Tubing 12,000 to 14,000 Dalton MWCO | Fisher Scientific | 08-667B | other dialysis membranes with MWCO < 30,000 Da should also work |
hydrochloric acid (HCl) | Fisher Scientific | A144-212 | for adjusting the pH of Tris-buffered solutions |
potassium chloride (KCl) | Fisher Scientific | P217500 | |
glycerol | Fisher Scientific | BP2294 | |
10x MOPS medium mixture | Teknova | M2101 | E. coli growth medium |
glucose | Fisher Scientific | D161 | |
monobasic potassium phosphate (KH2PO4) | Fisher Scientific | BP362-500 | |
dibasic potassium phosphate (K2HPO4) | Fisher Scientific | BP363-500 | |
dehydrated yeast extract | Fisher Scientific | DF0886-17-0 | |
tryptone | Fisher Scientific | BP1421-500 | |
magnesium sulfate heptahydrate | Fisher Scientific | M63-50 | |
manganese sulfate monohydrate | Fisher Scientific | M113-500 | |
guanidine isothiocyanate | Fisher Scientific | BP221-250 | |
bovine serum albumin (protease-free) | Fisher Scientific | BP9703100 | |
clear flat bottom 96-well plates | Sigma-Aldrich | M0812-100EA | any clear 96-well plate will work |
Tecan M1000 Infinite plate reader | Tecan, Inc. | not applicable | any plate reader capable of measuring absorbance at 595 and 882 nm will work |
ethanol | Fisher Scientific | 04-355-451 | |
silica membrane spin columns | Epoch Life Science | 1910-050/250 | |
ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Fisher Scientific | BP120500 | |
1.5 mL microfuge tubes | Fisher Scientific | NC9580154 | |
ammonium acetate | Fisher Scientific | A637-500 | |
antimony potassium tartrate | Fisher Scientific | AAA1088922 | |
4 N sulfuric acid (H2SO4) | Fisher Scientific | SA818-500 | |
ammonium heptamolybdate | Fisher Scientific | AAA1376630 | |
ascorbic acid | Fisher Scientific | AC401471000 |
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