著者らは、米国国立衛生研究所からのJDAへのU54 RR022220およびP50 GM076547の付与により、この研究の支持を認めている。 FDMは、カナダ研究所の健康研究の博士研究員です。また、ルクセンブルグのシステムバイオメディシンセンターとルクセンブルグ大学のサポートにも感謝します。

<ol>
	<li>Zwietering, M. H., Jongenburger, I., Rombouts, F. M., van't Riet, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+of+the+bacterial+growth+curve.">Modeling of the bacterial growth curve.</a> Appl Environ Microbiol. 56 (6), 1875-1881 (1990).</li><li>Sellick, C. A., Campbell, R. N., Reece, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Galactose+metabolism+in+yeast-structure+and+regulation+of+the+leloir+pathway+enzymes+and+the+genes+encoding+them.">Galactose metabolism in yeast-structure and regulation of the leloir pathway enzymes and the genes encoding them.</a> Int Rev Cell Mol Biol. 269, 111-150 (2008).</li><li>Yoshikawa, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+phenotypic+analysis+for+identification+of+genes+affecting+growth+under+ethanol+stress+in+Saccharomyces+cerevisiae.">Comprehensive phenotypic analysis for identification of genes affecting growth under ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae.</a> FEMS Yeast Res. 9 (1), 32-44 (2009).</li><li>Bryan, A. K., Goranov, A., Amon, A., Manalis, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+mass,+density,+and+volume+during+the+cell+cycle+of+yeast.">Measurement of mass, density, and volume during the cell cycle of yeast.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (3), 999-1004 (2010).</li><li>Baryshnikova, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+fitness+and+genetic+interactions+in+yeast+on+a+genome+scale.">Quantitative analysis of fitness and genetic interactions in yeast on a genome scale.</a> Nat Methods. 7 (12), 1017-1024 (2010).</li><li>Costanzo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genetic+landscape+of+a+cell.">The genetic landscape of a cell.</a> Science. 327 (5964), 425-431 (2010).</li><li>Collins, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+dissection+of+protein+complexes+involved+in+yeast+chromosome+biology+using+a+genetic+interaction+map.">Functional dissection of protein complexes involved in yeast chromosome biology using a genetic interaction map.</a> Nature. 446 (7137), 806-810 (2007).</li><li>Zackrisson, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scan-o-matic:+High-Resolution+Microbial+Phenomics+at+a+Massive+Scale.">Scan-o-matic: High-Resolution Microbial Phenomics at a Massive Scale.</a> G3 (Bethesda). 6 (9), 3003-3014 (2016).</li><li>Bean, G. J., Jaeger, P. A., Bahr, S., Ideker, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+ultra-high-density+screening+tools+for+microbial+'omics'.">Development of ultra-high-density screening tools for microbial 'omics'.</a> PloS One. 9 (1), e85177 (2014).</li><li>Levy, S. F., Ziv, N., Siegal, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bet+hedging+in+yeast+by+heterogeneous,+age-correlated+expression+of+a+stress+protectant.">Bet hedging in yeast by heterogeneous, age-correlated expression of a stress protectant.</a> PLoS Biol. 10 (5), e1001325 (2012).</li><li>Herricks, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-Cell+Doubling+Evaluation+by+Living+Arrays+of+Yeast.">One-Cell Doubling Evaluation by Living Arrays of Yeast.</a> ODELAY! G3 (Bethesda). 7 (1), 279-288 (2017).</li><li>Mast, F. D., Ratushny, A. V., Aitchison, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systems+cell+biology.">Systems cell biology.</a> J Cell Biol. 206 (6), 695-706 (2014).</li><li>Edelstein, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+methods+of+microscope+control+using+&#181;Manager+software.">Advanced methods of microscope control using &#181;Manager software.</a> J Biol Methods. 1 (2), e10 (2014).</li></ol>

著者は何も開示することはない。

ODELAYアッセイは、再現可能で信頼できる表現型測定を確実にするためにいくつかの重要な点を有する。第1の重要な点は、酵母培養物の一貫した調製である。酵母細胞を対数増殖から収穫するように注意しなければならない。培養物が飽和していると、それらの集団の異種性が増加し、遺伝的または環境的（ 例えば、炭素源）因子11によって引き起こされる異質性を不明瞭にすることがある11 。第2の重要な点は、メディアの一貫した準備です。一般に、多量の10倍ストック培地溶液を生成し、経時的に使用してバッチ効果を最小限に抑える必要があります。可能であれば、培地を重量で処方することは、寒天の密度およびアガロースの全水分含量を注意深く監視することによって、時間の経過とともに培地の一貫性を改善するのに役立つ。第3の重要な点は、アガロースの機械的変形を最小化または排除することである直径培地の機械的変形は、ガラススライドからのアガロースの分離中に最も一般的に起こる。多くの実験技術と同様に、このステップを習得するためには練習が必要です。 図4に示すラグタイムの変動は、アガロース培地の機械的変形、寒天の厚さの変化、または不安定な光源の3つの要因の1つに関連することがよくあります。アガロース媒体がスポットアレイ内でZ高さが変化する場合、高さの変動はオートフォーカスルーチンの範囲を圧倒し、初期画像にわずかに焦点が合わないことがあります。このため、中央の複数のスポットで、フォーカスされたアレイのエッジに沿ってフォーカスの高さを確認し、オートフォーカスルーチンがフォーカスを見つけるのに十分なZ範囲を持つことを確認します。必要に応じて、オートフォーカスパネルを使用してフォーカス範囲を広げ、フォーカスのステップ数を増やします。 3番目に可能な条件イオンは、不安定またはちらつきのある光源であり、特定のZ高さについて計算された焦点スコアを乱す可能性があります。タングステンハロゲン電球は電球が燃える前によくちらつく傾向があります。弱い焦点の効果は、第1および第2の時点（ 図 5A ）の間に成長曲線がディップし、隣接する点が同じディップを有さない（ 図 5B ）一例で観察される。この場合、タングステンハロゲン光源を交換することにより、不十分な焦点条件が緩和された。 実際には、100Wのタングステンハロゲン電球のちらつきを低減するためには、顕微鏡を大量に使用している場合、電球を500時間ごとまたはおよそ2ヶ月に1回交換する必要があることが実証されている。ちらつき球からのフォーカスの問題を避けるため、タングステンハロゲン光源を頻繁に交換するか、ハロゲン球をダイオード光源に交換してください。アン倍加時間のばらつきが小さく、より均一なラグタイムを示すデータセットの例を図6に示します 。このデータセットは、オートフォーカスを実行しながら時間の経過とともにより安定した照明を提供するダイオードイルミネータで撮影されました。 文献では、メディアの準備を最適化するためにここで述べた多くの点が明白であるように見えるかもしれませんが、最も大規模なスクリーンはお互いにうまく複製しません8,11。したがって、より再現性のある表現型のスクリーニングが生成されるように、我々は培養およびアガロース培地の調製を注意深く記述した。 ODELAYアッセイは、現在のところ、合成遺伝子アレイまたはScan-O-Maticアッセイなどのピニングに基づくアッセイと比較した場合、スループットが制限されている。これらの方法は、測定される菌株の数を増加させるが、個々の細胞を分解する能力が欠如しているしたがって、クローン酵母株内で観察される集団の異種性を測定することはできない。この集団の異質性の起源は現在理解されていませんが、ここに示されている技術と計算の融合は、基礎となる細胞メカニズムを客観的に扱う機会を提供します12 。 著者はODELAYは現在特定の顕微鏡ブランドとボディタイプにのみ最適化されていることに注意したい。他の顕微鏡システム用にODELAYを変更することは簡単ですが、オープンソースAPI 13の知識が必要です。しかし、APIおよびODELAYスクリプトの両方は、異なるシステムおよび実験的アッセイに容易に適合するように書かれている。 ODELAYはもともと酵母用に開発されましたが、 Mycobacterium smegmatisの増殖を観察するためにそのまま使用することができました。他のコロニー形成微生物の観察は提供されたソースコードに変更を加えることが可能です。一般に、ODELAYは、異なる環境条件および遺伝的撹乱下で増殖した微生物を比較するための強力かつ柔軟なツールである。

微生物の増殖表現型は、所与の環境条件に対するそれらの根底にある遺伝的適合性の強力な指標である。成長は、古典的に3つの異なる成長レジーム、すなわち、ラグ期、対数期および定常期の成長に分けられる。各成長段階は、様々な環境および遺伝的条件に依存する適応性の異なる側面を明らかにすることができる。例えば、生物が指数関数的増殖の開始前に遅滞期に費やす遅れ時間または時間は、変化した環境条件に応答する生物の能力を示すことができる2 。対数増殖期の2倍の時間、最も一般的な細胞適合度は、複製に環境物質を代謝および利用することによって分裂する生物の全体的な効率を明らかにする。対数期後の成長が急速に減少する定常期は、適格性のもう一つの指標であり、定期的スポットベースの酵母増殖アッセイにおいて成長エンドポイントとして使用される。 現在、いくつかの酵母増殖アッセイが利用可能であり、酵母3,4,5における増殖表現型を評価するための標準的な方法と考えられている。これらのアッセイは、主として固体培地または液体培地のいずれかで酵母を成長させる方法に基づいている。固体培地では、コロニーピニングアッセイは、ピンを用いて固体寒天上に少数の細胞を移動させ、酵母細胞を一定期間増殖させる。次いで、コロニーを画像化し、それらのサイズを終点のエンドポイント6で比較する。これらのコロニーピニングアッセイは、ゲノムワイドスクリーンを生成するために堅牢でスケーラブルであることが証明されている。より最近では、フラットベッドスキャナーおよびSLR（Single Lens Reflex）カメラを用いた周期的な画像化が、これらのアッセイに組み込まれて、時間の経過とともにコロニーの成長が記録される7,8、 9 。しかしながら、これらの装置の分解能は、それらが単一細胞を検出することを妨げ、したがって、これらのコロニー固定アッセイは、ラグタイムを直接観察せず、コロニーに成長する個々の細胞間の変異を観察することができない。 ゲノムワイドスクリーンを行うために、液体ベースの成長アッセイも採用されている3 。液体成長アッセイを経時的顕微鏡と組み合わせることにより、遺伝的に同一の個々の細胞の倍加時間における集団の異質性が明らかとなり、これは遺伝的調節および環境適応を理解するための重要な視点を提供する。しかしながら、このアッセイは、ラグタイムおよびキャリー能力などの成長の他の側面を測定しない。ここでは、ODELAY 11と呼ばれるアッセイを用いて、固体培地上のコロニー形成微生物の3つの成長段階のすべてを特徴付ける方法を提示する。 ODELAYはutiliで構成されていますハイスループットの時間分解顕微鏡を用いて固体培地上のコロニーに成長する単一細胞の画像を記録する。コロニーに成長する個々の細胞のこの集団は、基礎となる集団の異種性を明らかにするが、これは、終点のエンドポイントのスコアリングなどの他の感度の低い測定によっては検出されない。私たちは酵母でこの方法を実証していますが、ODELAYは明視野顕微鏡検査でコントラストを示す生物に適用されるかもしれません。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1013">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Agarose UltraPure</td>
			<td style="width:131px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:119px;">16500500</td>
			<td style="width:413px;">Gel Temp 36C, Gel Strength (1%) 1.2g/sq cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Yeast Extract Peptone (YEP)</td>
			<td style="width:131px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">BP1422-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Complete Suplement Mixture (CSM)</td>
			<td style="width:131px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">MP114560222</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Polyethylene Glycol 3350 (av. mol. wt. 3000-3700)</td>
			<td style="width:131px;">SigmaAldrich</td>
			<td style="width:119px;">P2906</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Yeast Strain BY4741</td>
			<td style="width:131px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:119px;">95400.BY4741</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Yeast Strain BY4742</td>
			<td style="width:131px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:119px;">95400.BY4742</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">50mL Falcon tubes</td>
			<td style="width:131px;">Corning</td>
			<td style="width:119px;">430291</td>
			<td>1 case</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">15mL Falcon tubes</td>
			<td style="width:131px;">Corning</td>
			<td style="width:119px;">352096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2 x 3 inch 1.0mm thick slides 1/2 gross</td>
			<td style="width:131px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">48382-179</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">96 well plate flat bottom</td>
			<td style="width:131px;">Corning&#160;</td>
			<td style="width:119px;">353072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Hydra liquid handleing robot</td>
			<td style="width:131px;">Thermo</td>
			<td style="width:119px;">1096-DT-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Hamilton Microlab Star Liquid Handleing Robot</td>
			<td style="width:131px;">Hamilton</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">hydra 100 mL tips Extended Length DARTS</td>
			<td style="width:131px;">Thermo</td>
			<td style="width:119px;">5527</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Synergy H4 Plate Reader</td>
			<td style="width:131px;">Biotek</td>
			<td style="width:119px;">H4MLFAD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Leica DMI6000 B Microscope</td>
			<td style="width:131px;">Leica</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Leica 10X/0.3NA objective</td>
			<td style="width:131px;">Leica</td>
			<td style="width:119px;">11506289</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Hamamatsu ORCA Flash 4.0 Camera</td>
			<td style="width:131px;">Hamamatsu</td>
			<td style="width:119px;">C11440-22CU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">MATLAB with image processing tool box</td>
			<td style="width:131px;">Mathworks</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">MicroManager</td>
			<td style="width:131px;">Open Imaging</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>https://micro-manager.org/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:351px;">ODELAY Microscope Control (MATLAB scripts and GUI)</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>www.aitchisonlab.com\ODELAY for Matlab scripts and software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">ODELAY Microscope Chamber</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>www.aitchisonlab.com\ODELAY for Mechanincal Drawings</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">ODELAY Agar Molds</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>www.aitchisonlab.com\ODELAY for mold drawings</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

odelay: a large-scale method for multi-parameter quantification of yeast growth

微生物の増殖表現型は、それらの根底にある遺伝的適応性の強い指標であり、3つの成長レジーム、すなわち、ラグ期、対数期、および定常期に分離することができる。それぞれの成長段階は、様々な環境および遺伝的条件に関連する適応性の異なる側面を明らかにすることができる。 3つの成長段階すべての高分解能および定量的測定は、一般に入手が困難である。ここでは、酵母の生きた配列（ODELAY）の1細胞倍加評価と呼ばれるアッセイを用いて、固体培地上の3つの成長段階のすべてを特徴付ける詳細な方法を提示する。 ODELAYは、時間経過顕微鏡法を用いて固体培地上でコロニーに成長する個々の細胞の増殖表現型を定量化する。この方法は、コロニーに成長する遺伝的に同一の細胞における各成長パラメータでの集団の異質性を直接観察することができる。この集団の異質性は、遺伝的および後成的な調節を理解するためのユニークな視点を提供し、遺伝的および環境的摂動。 ODELAY法は酵母を用いて実証されているが、明視野顕微鏡法で見える任意のコロニー形成微生物に利用することができる。

<html>タイムラプス顕微鏡法で増殖する酵母の例示的な画像を図3Bに示す。時間経過画像を処理した後、酵母株BY4741およびBY4742を比較する代表的なデータセットを図4に示す。この例のデータセットでは、プレート上の異なる位置の間の倍加時間にはほとんど変化がありません。アガロース培地が十分に調製されていない場合、アガロースゲルの変形領域と一致するスポット位置において、倍加時間および遅延時間の両方の明らかな偏差が明らかであろう。倍加時間は比較的均一であるように見えるが、この実施例は遅延時間測定の変化を示す。より一貫性のあるデータセットを図6に示します 。このデータセットでは、ラグタイムとダブリングタイムの両方が均一です。 files / ftp_upload / 55879 / 55879fig1.jpg &quot;/&gt; 図1：寒天モールドアセンブリ。 寒天鋳型の成分を（ A ）に示す。 （ B ）に示すようにベースを組み立て、小さなバインダークリップでベースを固定します。より長い垂直の部分をベースのキャビティ（ C ）に置き、（ D ）に示すようにスライドを金型にキャンプキャンプします。スライドガラス（ E ）からの寒天の一貫した分離に必要な金型の角度および型切れの方向を示す側面図。親指と人​​差し指の位置、および寒天の直線をスライド（ F ）から分離し、水平の矢印に注意してください。分離線は、垂直の矢印の方向に均等に移動する必要があります。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55879/55879fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> = &quot;jove_content&quot; fo：keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="図2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55879/55879fig2.jpg" /> 図2：音波処理およびスポッティング法。 プレートを氷水中で超音波処理し、プレート（ A ）を支持するために遠心分離バケットホルダーを使用する。アガロースプレート（ B ）上にスポッティングするために、3.8.1のステップのプレートを置きます。また、チップの最左端にC10の位置にチップが1つ、他の4つの先端が切断されてプレートホルダー（ C ）が破損しないようにヒントを配置します。内側の24の先端位置が占有されるように残りの先端を4つのボックスに配置する（ D ）。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55879/55879fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> 55879fig3.jpg &quot;/&gt; 図3：ODELAYグラフィカルユーザインタフェース。 &quot;ODELAY_Microscopecontrol.m&quot;（ A ）のグラフィカルユーザーインターフェイスのスクリーンショット。このインターフェースは、カメラの監視を可能にし、落射蛍光及び明視野モードの顕微鏡照明設定を調整する。赤い矢印は、カメラを起動して画像をすばやく取得し、送信された光シャッターを開くための[フォーカス]ボタンと[送信]ボタンを示しています。青い矢印は、原点のステージを移動させ、「原点移動」ボタンと「設定」ボタンを使用して原点を設定するために使用されます。緑色の矢印は「リセット」と「ODELAY !!!」を指します。 ODELAY画像モードを現在の状態にリセットし、ODELAY画像収集を開始するボタン。スポッティング後0,3,6、および9時間で固体培地上で増殖する酵母の経時的画像（ B ）。 &quot;ODELAY_IPT.m&quot;またはthのグラフィカルユーザーインターフェイスのスクリーンショット<html>イメージ処理ツール（ C ）。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55879/55879fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55879/55879fig4.jpg" /> 図4：ODELAY出力の例 このデータセットは、YPD培地上のBY4741株およびBY4742株を比較する。この図は、十分に調製されたアガローススライドの例である。しかし、オートフォーカスの設定は最適ではありません。各列には、左から右に提示されるデータは次のとおりです。倍加時間、分で与えられる;遅れ時間は、minで与えられる。この例では、寒天スライド上のすべてのスポットの倍加時間は、カラムに向かう少量の倍加時間を伴って上がります。しかし、このデータセットでは、遅延時間がかなり異なる。_upload / 55879 / 55879fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt;この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 <img alt="図5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55879/55879fig5.jpg" /> 図5：成長曲線の例 この例は、不十分な初期焦点が、どのように隣接する位置がより短い遅延時間（ B ）を示す一方で、推定遅延時間（t lag ）を増加させる（ A ）かを示す。 t dは分単位の倍加時間であり、t lagは分単位の遅延時間である。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55879/55879fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55879/55879fig6.jpg" /> 図6：よく実行されたテスト実験の例 電子タングステンハロゲンバルブをダイオードイルミネータに交換し、オートフォーカスが正しく設定されていることを確認した後に試験されたBY4742株の一例。すべての倍加時間はよく重なるように見え、遅れ時間は一貫しているように見える。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55879/55879fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>

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ODELAY: A Large-scale Method for Multi-parameter Quantification of Yeast Growth

私たちは、個々の酵母細胞の成長表現型を、酵母（ODELAY）の生存アレイの1細胞倍加評価と称する経時的顕微鏡法を用いて固体培地上でコロニー中に増殖させる際に定量する方法を提示する。コロニーに成長する遺伝的に同一の細胞の集団の異種性を直接観察および定量することができる。

ODELAY：酵母増殖の多パラメータ定量化のための大規模法

Growth phenotypes of microorganisms are a strong indicator of their underlying genetic fitness and can be segregated into 3 growth regimes: lag-phase, ...

odelay-large-scale-method-for-multi-parameter-quantification-yeast

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

8.1K ビュー.  Institute for Systems Biology. 私たちは、個々の酵母細胞の成長表現型を、酵母（ODELAY）の生存アレイの1細胞倍加評価と称する経時的顕微鏡法を用いて固体培地上でコロニー中に増殖させる際に定量する方法を提示する。コロニーに成長する遺伝的に同一の細胞の集団の異種性を直接観察および定量することができる。 

ビデオ: ODELAY: A Large-scale Method for Multi-parameter Quantification of Yeast Growth

Large-Scale Screens of Metagenomic Libraries

Metagenomic libraries archive large fragments of contiguous genomic sequences from microorganisms without requiring prior cultivation. Generating a streamlined procedure for creating and screening metagenomic libraries is therefore useful for efficient high-throughput investigations into the genetic and metabolic properties of uncultured microbial assemblages. Here, key protocols are presented on video, which we propose is the most useful format for accurately describing a long process that alternately depends on robotic instrumentation and (human) manual interventions. First, we employed robotics to spot library clones onto high-density macroarray membranes, each of which can contain duplicate colonies from twenty-four 384-well library plates. Automation is essential for this procedure not only for accuracy and speed, but also due to the miniaturization of scale required to fit the large number of library clones into highly dense spatial arrangements. Once generated, we next demonstrated how the macroarray membranes can be screened for genes of interest using modified versions of standard protocols for probe labeling, membrane hybridization, and signal detection. We complemented the visual demonstration of these procedures with detailed written descriptions of the steps involved and the materials required, all of which are available online alongside the video.

メタゲノムライブラリの大規模スクリーン

Metagenomic libraries archive large fragments of contiguous genomic sequences from microorganisms without requiring prior cultivation.  Generating a ...

生物学

Batch Immunostaining for Large-Scale Protein Detection in the Whole Monkey Brain

Immunohistochemistry (IHC) is one of the most widely used laboratory techniques for the detection of target proteins in situ. Questions concerning the expression pattern of a target protein across the entire brain are relatively easy to answer when using IHC in small brains, such as those of rodents. However, answering the same questions in large and convoluted brains, such as those of primates presents a number of challenges. Here we present a systematic approach for immunodetection of target proteins in an adult monkey brain. This approach relies on the tissue embedding and sectioning methodology of NeuroScience Associates (NSA) as well as tools developed specifically for batch-staining of free-floating sections. It results in uniform staining of a set of sections which, at a particular interval, represents the entire brain. The resulting stained sections can be subjected to a wide variety of analytical procedures in order to measure protein levels, the population of neurons expressing a certain protein.

Large-scale immunodetection of target proteins across the entire primate brain is possible by employing novel tissue embedding and sectioning methods combined with the use of creative apparatus for batch staining of multiple free-floating sections at a given time.

全モンキー脳の大規模なタンパク質の検出のためのバッチの免疫染色

Immunohistochemistry (IHC) is one of the most widely used laboratory techniques for the detection of target proteins in situ. Questions concerning the ...

Isolation and Large Scale Expansion of Adult Human Endothelial Colony Forming Progenitor Cells

This paper introduces a novel recovery strategy for endothelial colony forming progenitor cells (ECFCs) from heparinized but otherwise unmanipulated adult human peripheral blood within a mean of 12 days. After large scale expansion &gt;1x108 ECFCs can be obtained for further tests. Advantageously by using pHPL the contact of human cells with bovine serum antigens can be excluded. By flow cytometry and immunohistochemistry the isolated cells can be characterized as ECFC and their in vitro functionality to form vascular like structures can be tested in a matrigel assay. Further these cells can be subcutaneously injected in a mouse model to form functional, perfused vessels in vivo. After long term expansion and cryopreservation proliferation, function and genomic stability appear to be preserved. 3,4
This animal-protein free isolation and expansion method is easily applicable to generate a large quantity of ECFCs.

Endothelial colony forming progenitor cells (ECFCs) are a promising tool to study vascular homeostasis and repair.1,2 This paper introduces a novel animal-serum free method for isolation and expansion of ECFC from heparinised adult human peripheral blood with pooled human platelet lysate (pHPL) diminishing the risk of anti-bovine immunisation.

分離と成人ヒト内皮コロニー形成前駆細胞の大規模拡張

This paper introduces a novel recovery strategy for endothelial colony forming progenitor cells (ECFCs) from heparinized but otherwise unmanipulated adult ...

Large Scale Zebrafish-Based In vivo Small Molecule Screen

Given their small embryo size, rapid development, transparency, fecundity, and numerous molecular, morphological and physiological similarities to mammals, zebrafish has emerged as a powerful in vivo platform for phenotype-based drug screens and chemical genetic analysis. Here, we demonstrate a simple, practical method for large-scale screening of small molecules using zebrafish embryos.

Large Scale Zebrafish-Based In vivo Small Molecule Screen

Zebrafish has emerged as a powerful in vivo platform for phenotype-based drug screens and chemical genetic analysis. Here, we demonstrate a simple, practical method for large-scale screening of small molecules using zebrafish embryos.

大規模ゼブラフィッシュベース in vivoで小分子スクリーン

Given their small embryo size, rapid development, transparency, fecundity, and numerous molecular, morphological and physiological similarities to ...

Computer-assisted Large-scale Visualization and Quantification of Pancreatic Islet Mass, Size Distribution and Architecture

The pancreatic islet is a unique micro-organ composed of several hormone secreting endocrine cells such as beta-cells (insulin), alpha-cells (glucagon), and delta-cells (somatostatin) that are embedded in the exocrine tissues and comprise 1-2% of the entire pancreas. There is a close correlation between body and pancreas weight. Total beta-cell mass also increases proportionately to compensate for the demand for insulin in the body. What escapes this proportionate expansion is the size distribution of islets. Large animals such as humans share similar islet size distributions with mice, suggesting that this micro-organ has a certain size limit to be functional. The inability of large animal pancreata to generate proportionately larger islets is compensated for by an increase in the number of islets and by an increase in the proportion of larger islets in their overall islet size distribution. Furthermore, islets exhibit a striking plasticity in cellular composition and architecture among different species and also within the same species under various pathophysiological conditions. In the present study, we describe novel approaches for the analysis of biological image data in order to facilitate the automation of analytic processes, which allow for the analysis of large and heterogeneous data collections in the study of such dynamic biological processes and complex structures. Such studies have been hampered due to technical difficulties of unbiased sampling and generating large-scale data sets to precisely capture the complexity of biological processes of islet biology. Here we show methods to collect unbiased "representative" data within the limited availability of samples (or to minimize the sample collection) and the standard experimental settings, and to precisely analyze the complex three-dimensional structure of the islet. Computer-assisted automation allows for the collection and analysis of large-scale data sets and also assures unbiased interpretation of the data. Furthermore, the precise quantification of islet size distribution and spatial coordinates (i.e. X, Y, Z-positions) not only leads to an accurate visualization of pancreatic islet structure and composition, but also allows us to identify patterns during development and adaptation to altering conditions through mathematical modeling. The methods developed in this study are applicable to studies of many other systems and organisms as well.

Novel computer-assisted methods of large-scale procurement and analysis of immunohistochemically stained pancreatic specimens are described: (1) Virtual Slice capture of the entire section; (2) Mass analysis of large-scale data; (3) Reconstruction of 2D Virtual Slices; (4) 3D islet mapping; and (5) Mathematical analysis.

膵島質量、サイズ分布とアーキテクチャのコンピュータ支援大規模可視化と定量化

The pancreatic islet is a unique micro-organ composed of several hormone secreting endocrine cells such as beta-cells (insulin), alpha-cells (glucagon), ...

Yeast Colony Embedding Method

Patterning of different cell types in embryos is a key mechanism in metazoan development. Communities of microorganisms, such as colonies and biofilms also display patterns of cell types. For example, in the yeast S. cerevisiae, sporulated cells and pseudohyphal cells are not uniformly distributed in colonies. The functional importance of patterning and the molecular mechanisms that underlie these patterns are still poorly understood.
One challenge with respect to investigating patterns of cell types in fungal colonies is that unlike metazoan tissue, cells in colonies are relatively weakly attached to one another. In particular, fungal colonies do not contain the same extensive level of extracellular matrix found in most tissues . Here we report on a method for embedding and sectioning yeast colonies that reveals the interior patterns of cell types in these colonies. The method can be used to prepare thick sections (0.5 &mu;) useful for light microscopy and thin sections (0.1 &mu;) suitable for transmission electron microscopy. Asci and pseudohyphal cells can easily be distinguished from ovoid yeast cells by light microscopy , while the interior structure of these cells can be visualized by EM.
The method is based on surrounding colonies with agar, infiltrating them with Spurr's medium, and then sectioning. Colonies with a diameter in the range of 1-2 mm are suitable for this protocol. In addition to visualizing the interior of colonies, the method allows visualization of the region of the colony that invades the underlying agar.

A method for embedding yeast colonies allowing sectioning for light and electron microscopy. This protocol allows determination of the distribution of sporulated cells and pseudohyphal cells within colonies providing a new tool toward understanding the organization of cell types within a fungal community.

酵母のコロニーの埋め込み法

Patterning of  different cell types in embryos is a key mechanism in metazoan development. Communities of microorganisms, such as colonies and biofilms ...

Growth Assays to Assess Polyglutamine Toxicity in Yeast

Protein misfolding is associated with many human diseases, particularly neurodegenerative diseases, such as Alzheimer&#x2019;s disease, Parkinson's disease, and Huntington's disease 1. Huntington's disease (HD) is caused by the abnormal expansion of a polyglutamine (polyQ) region within the protein huntingtin. The polyQ-expanded huntingtin protein attains an aberrant conformation (i.e. it misfolds) and causes cellular toxicity 2. At least eight further neurodegenerative diseases are caused by polyQ-expansions, including the Spinocerebellar Ataxias and Kennedy&#x2019;s disease 3.
The model organism yeast has facilitated significant insights into the cellular and molecular basis of polyQ-toxicity, including the impact of intra- and inter-molecular factors of polyQ-toxicity, and the identification of cellular pathways that are impaired in cells expressing polyQ-expansion proteins 3-8. Importantly, many aspects of polyQ-toxicity that were found in yeast were reproduced in other experimental systems and to some extent in samples from HD patients, thus demonstrating the significance of the yeast model for the discovery of basic mechanisms underpinning polyQ-toxicity. 
A direct and relatively simple way to determine polyQ-toxicity in yeast is to measure growth defects of yeast cells expressing polyQ-expansion proteins. This manuscript describes three complementary experimental approaches to determine polyQ-toxicity in yeast by measuring the growth of yeast cells expressing polyQ-expansion proteins. The first two experimental approaches monitor yeast growth on plates, the third approach monitors the growth of liquid yeast cultures using the BioscreenC instrument. 
Furthermore, this manuscript describes experimental difficulties that can occur when handling yeast polyQ models and outlines strategies that will help to avoid or minimize these difficulties. The protocols described here can be used to identify and to characterize genetic pathways and small molecules that modulate polyQ-toxicity. Moreover, the described assays may serve as templates for accurate analyses of the toxicity caused by other disease-associated misfolded proteins in yeast models.

This manuscript describes three complementary protocols for assessing the toxicity of polyglutamine (polyQ)-expansion proteins in the yeast Saccharomyces cerevisiae. These protocols can easily be modified to monitor the toxicity of other misfolded proteins in yeast.

成長アッセイ酵母におけるポリグルタミン毒性を評価する

Protein misfolding is associated with many human diseases, particularly neurodegenerative diseases, such as Alzheimer&#x2019;s disease, Parkinson's ...

Multi-parameter Measurement of the Permeability Transition Pore Opening in Isolated Mouse Heart Mitochondria

The mitochondrial permeability transition pore (mtPTP) is a non specific channel that forms in the inner mitochondrial membrane to transport solutes with a molecular mass smaller than 1.5 kDa. Although the definitive molecular identity of the pore is still under debate, proteins such as cyclophilin D, VDAC and ANT contribute to mtPTP formation. While the involvement of mtPTP opening in cell death is well established1, accumulating evidence indicates that the mtPTP serves a physiologic role during mitochondrial Ca2+ homeostasis2, bioenergetics and redox signaling 3.
mtPTP opening is triggered by matrix Ca2+ but its activity can be modulated by several other factors such as oxidative stress, adenine nucleotide depletion, high concentrations of Pi, mitochondrial membrane depolarization or uncoupling, and long chain fatty acids4. In vitro, mtPTP opening can be achieved by increasing Ca2+ concentration inside the mitochondrial matrix through exogenous additions of Ca2+ (calcium retention capacity). When Ca2+ levels inside mitochondria reach a certain threshold, the mtPTP opens and facilitates Ca2+ release, dissipation of the proton motive force, membrane potential collapse and an increase in mitochondrial matrix volume (swelling) that ultimately leads to the rupture of the outer mitochondrial membrane and irreversible loss of organelle function.
Here we describe a fluorometric assay that allows for a comprehensive characterization of mtPTP opening in isolated mouse heart mitochondria. The assay involves the simultaneous measurement of 3 mitochondrial parameters that are altered when mtPTP opening occurs: mitochondrial Ca2+ handling (uptake and release, as measured by Ca2+ concentration in the assay medium), mitochondrial membrane potential, and mitochondrial volume. The dyes employed for Ca2+ measurement in the assay medium and mitochondrial membrane potential are Fura FF, a membrane impermeant, ratiometric indicator which undergoes a shift in the excitation wavelength in the presence of Ca2+, and JC-1, a cationic, ratiometric indicator which forms green monomers or red aggregates at low and high membrane potential, respectively. Changes in mitochondrial volume are measured by recording light scattering by the mitochondrial suspension. Since high-quality, functional mitochondria are required for the mtPTP opening assay, we also describe the steps necessary to obtain intact, highly coupled and functional isolated heart mitochondria.

A spectrofluorometric protocol for the measurement of the mitochondrial permeability transition pore opening in isolated mouse heart mitochondria is presented here. The assay involves the simultaneous measurement of mitochondria Ca2+ handling, mitochondrial membrane potential and mitochondrial volume. The procedure for obtaining high-quality and functional heart mitochondria is also described.

単離ミトコンドリアマウス心臓における透水性遷移孔の開口部のマルチパラメータ測定

The mitochondrial permeability transition pore (mtPTP) is a non specific channel that forms in the inner mitochondrial membrane to transport solutes with ...

Infinium Assay for Large-scale SNP Genotyping Applications

Genotyping variants in the human genome has proven to be an efficient method to identify genetic associations with phenotypes. The distribution of variants within families or populations can facilitate identification of the genetic factors of disease. Illumina&#39;s panel of genotyping BeadChips allows investigators to genotype thousands or millions of single nucleotide polymorphisms (SNPs) or to analyze other genomic variants, such as copy number, across a large number of DNA samples. These SNPs can be spread throughout the genome or targeted in specific regions in order to maximize potential discovery. The Infinium assay has been optimized to yield high-quality, accurate results quickly. With proper setup, a single technician can process from a few hundred to over a thousand DNA samples per week, depending on the type of array. This assay guides users through every step, starting with genomic DNA and ending with the scanning of the array. Using propriety reagents, samples are amplified, fragmented, precipitated, resuspended, hybridized to the chip, extended by a single base, stained, and scanned on either an iScan or Hi Scan high-resolution optical imaging system. One overnight step is required to amplify the DNA. The DNA is denatured and isothermally amplified by whole-genome amplification; therefore, no PCR is required. Samples are hybridized to the arrays during a second overnight step. By the third day, the samples are ready to be scanned and analyzed. Amplified DNA may be stockpiled in large quantities, allowing bead arrays to be processed every day of the week, thereby maximizing throughput.

A protocol is described that uses Illumina&#39;s Infinium assays to perform large-scale genotyping. These assays can reliably genotype millions of SNPs across hundreds of individual DNA samples in three days. Once generated, these genotypes can be used to check for associations with a variety of different diseases or phenotypes.

大規模なSNPジェノタイピングアプリケーション用インフィニウムアッセイ

Genotyping variants in the human genome has proven to be an efficient method to identify genetic associations with phenotypes. The distribution of ...

A Strategy for Sensitive, Large Scale Quantitative Metabolomics

Metabolite profiling has been a valuable asset in the study of metabolism in health and disease. However, current platforms have different limiting factors, such as labor intensive sample preparations, low detection limits, slow scan speeds, intensive method optimization for each metabolite, and the inability to measure both positively and negatively charged ions in single experiments. Therefore, a novel metabolomics protocol could advance metabolomics studies. Amide-based hydrophilic chromatography enables polar metabolite analysis without any chemical derivatization. High resolution MS using the Q-Exactive (QE-MS) has improved ion optics, increased scan speeds (256 msec at resolution 70,000), and has the capability of carrying out positive/negative switching. Using a cold methanol extraction strategy, and coupling an amide column with QE-MS enables robust detection of 168 targeted polar metabolites and thousands of additional features simultaneously.&#160; Data processing is carried out with commercially available software in a highly efficient way, and unknown features extracted from the mass spectra can be queried in databases.

Metabolite profiling has been a valuable asset in the study of metabolism in health and disease. Utilizing normal-phased liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry with polarity switching and a rapid duty cycle, we describe a protocol to analyze the polar metabolic composition of biological material with high sensitivity, accuracy, and resolution.

敏感な、大規模定量的メタボロームのための戦略

Metabolite profiling has been a valuable asset in the study of metabolism in health and disease. However, current platforms have different limiting ...