Method Article
Здесь представлен простой метод для создания библиотеки высокой плотности transposon вставки в Escherichia coli или шигеллам Флекснера с использованием бактериальной спряжение. Этот протокол позволяет создание коллекции сотен тысяч уникальных мутантов в бактерии, случайные геномной вставки transposon.
Transposon мутагенеза является метод, который позволяет нарушению гена через случайные геномной вставки куска ДНК, называется transposon. Ниже протокол описывает метод для высокой эффективности передачи между бактериальных штаммов плазмида, укрывательство transposon, содержащие маркер сопротивления канамицин. Учитывать плазмида Транспозаза кодируется вариант ТНП ген, который вставляет transposon в геном получателя сорт с очень низким инсерционному предвзятости. Таким образом, этот метод позволяет создание крупных мутант библиотек, в которых транспозонов были вставлены в уникальный геномной позиции получателей штамм бактерий кишечной палочки или шигеллам Флекснера . С помощью бактериальных спряжение, в отличие от других методов, таких как электропорации или химические преобразования, крупных библиотек с сотнями тысяч уникальных клоны могут быть созданы. Это дает высокой плотности вставки библиотеки, со вставками, происходящих как часто, как каждые 4-6 пар в несущественных генов. Этот метод превосходит другие методы как позволяет для недорогой, легкий в использовании и высокой эффективности метода для создания библиотеки вставки густой transposon. Transposon библиотека может быть использована в нисходящие приложения, например transposon виртуализации (Tn-Seq), вывести генетических взаимодействия сетей, или более просто, мутационного (вперед генетических) экраны.
Создание библиотек transposon мутагенеза в бактерий является полезным для широкого круга приложений, начиная от открытия генов вирулентности в бактериальных патогенов1,2, исследования важно генов3, 4 , 5 , 6, на выявление генетических взаимодействия сетей,7,8,9. Решающее значение для этих исследований является возможность создания большую библиотеку мутантов. Использование транспозонов (короткие фрагменты ДНК, которые случайно вставьте генома) является простое средство нарушения функции гена, как вставки transposon рамка чтения открытая или регулирования региона гена будут часто нарушить функцию или выражение гена.
Здесь приводится метод для создания библиотеки transposon в E. coli или S. Флекснера бактериальных спряжение, используя плазмида pJA110. Есть два основных преимущества использования этой плазмиды. Первое преимущество, что вариант Транспозаза Tn10, выразил от плазмида pJA1 индуцибильный и имеет низкий вставки смещения11,12, означает, что transposon будет случайным образом интегрироваться в геноме когда изопропиловый Β-D-1-тиогалактопиранозид (IPTG) добавляется к средствам массовой информации. Transposon содержит маркер сопротивления канамицин, позволяя для отбора мутантов с transposon вставками в хромосомы штамма получателя. Вторым преимуществом плазмида pJA1 является, что он содержит R6K мутант происхождения репликации. R6K мутант происхождение репликации требует лямбда Пир гена в целях поддержания плазмида13. Как плазмида нельзя реплицировать в Пир - штаммов, он будет потеряна в получателя штамм (рис. 1). Это гарантирует, что Транспозаза Tn10 удаляется из ячейки и больше не является активным, дальнейшее сокращение мутаций после первоначального переноса события.
Использование бактериальных спряжение переехать получателя штамм pJA1 плазмиды от доноров штамма выгодно по нескольким причинам. Спряжение простой и недорогой для выполнения и не нужно специальное оборудование, например electroporator. Кроме того, высокая эффективность бактериальной сопряжения позволяет очень большой библиотеки (> 2 x 105 уникальных вставок) чтобы добиться с несколько миллилитров (мл) ночь бактериальной культуры6. Этот процесс занимает около двух часов практического времени, а также время для инкубации и роста бактерий. Лангридж и др. 14 сообщили выполнение 130 electroporations для создания библиотеки transposon мутагенеза размера аналогичен описано здесь8, которая достигается с одного сопряжения. 130 electroporations использования труда интенсивных и длительных подготовка electrocompetent клеток и использование многих дорогих материалов (например, электропорация кюветы), ценой более чем 1000 долларов в одиночку расходных материалов. Другие исследования10 используются аналогичные методы, но с различных штаммов бактерий и достигается гораздо меньших размеров библиотеки (5 х 104 колонии формируя единиц) чем сообщили здесь.
Примечания на штамм доноров: штамм доноров, используемый здесь является штамм E. coli BW2076715 , содержащий плазмида transposon pJA116. Штамм BW20767 может конъюгат другими штаммами, делая передачи плазмида pJA1 высоко эффективным. Кроме того, важно отметить, что BW20767 является лямбда pir +. Как упоминалось ранее, плазмида pJA1 только способен сохраняться в штаммов, содержащий лямбда Пир гена. Этот штамм является канамицин и ампициллин устойчивостью. Плазмида pJA1 содержит маркер сопротивления ампициллин, и маркер сопротивления канамицин содержится в transposon. Этот сорт выращивается с выбором на плазмида с использованием ампициллина на 100 мкг/мл. Это также стоит отметить, что другие штаммы, укрывательство конститутивно выразил Транспозаза генов известны нестабильной и, хотя используется Транспозаза вот под индуцибельной управления, остается низким риском Дырявый выражения. По этой причине предлагается, что прохождение этого штамма должно быть сведено к минимуму и свежие полоска должно приниматься из замороженных культуры подготовки каждой новой библиотеки. Штамм доноров, используемый здесь доступен с нашей лаборатории по запросу.
Примечания на штамм получателя: получателей деформации может быть штамм выбора, например штаммов E. coli K12-производные лаборатории или штаммов S.flexneri (см. также обсуждение). Получателей штамм должны иметь дополнительную устойчивость к антибиотикам маркер, не являющийся канамицин сопротивления, так что штамм доноров могут быть выбраны против. Для получателя штамма штамм E. coli MG1655 используется здесь с мутацией введены спонтанно налидиксовой кислоты. Спонтанное Налидиксовая кислота мутант был выбран обшивка из 2 мл на ночь культуры в 200 мкл аликвоты на плиты с налидиксовой кислотой на 30 мкг/мл. Один клон MG1655 был выбран, был устойчив к налидиксовой кислоты стать получателя штамм. Кроме того получатели штамм должны быть лямбда Пир негативные, как описано выше.
Обзор: После бактериальной спряжение имеет место и pJA1 плазмиды перешла от штамма доноров в получателя штамм, добавлением IPTG СМИ заставят экспрессии гена ТНП , который находится под контролем IPTG индуцибильный lacIq/Ptac промоутер (рис. 1). ТНП гена на pJA1 это мутант Транспозаза, который имеет более низкой частоте вставки в горячих точках6,10,11. После добавления и индукции с IPTG transposon активируется и случайно вставлены в геноме. Плазмида не может сохраняться в штамм Пир получатель лямбда и теряется.
внимание: при использовании S. Флекснера как получателя деформации, обратите внимание, что S. Флекснера является человеческий патоген, которые могут вызвать желудочно-кишечные заболевания. Эксперименты с S. Флекснера должны быть выполнены соответствующие биобезопасности меры предосторожности (обозначено BSL-2 в Европе и США или PC2 в Новой Зеландии). Все эксперименты, проведенные в видео, связанные с настоящим Протоколом были сделаны с помощью хорошо известных получателей штамма непатогенных E. coli MG1655 в обстановке PC1. Работа с шигеллам Флекснера ранее была выполнена в лаборатории BSL-2 на Biozentrum в Базеле, как описано в 6.
Примечание: следующий эксперимент эффективно выполняется дважды. Первая часть (шаг 1.1 - шаг 4.5) выполняется выяснить лучшие разрежения для нанесения гальванического покрытия, Библиотека, где целью является найти разрежения спряжение, который дает много отдельных колоний на пластину, но не так много, что формы газона. Это необходимо для уменьшения конкуренции между мутантов с значительно сокращена фитнес и те, с более надежной фитнес. Вторая часть (шаги 5.1-7,4) является создание окончательного библиотеки, где многие плиты распространяются соответствующие разбавления библиотеки.
1. чтобы подготовить один день до эксперимента
2. Бактериальные сопрягать или конъюгации
3. Активация pJA1 Transposon с IPTG индукции Транспозаза
4. Выберите соответствующие разрежения в библиотеку, чтобы использоваться для окончательного мутант библиотеки
5. Создание окончательного мутант библиотеки
6. Оценить плотность библиотека
7. Объединение Transposon библиотека и хранения
После 18 часов роста, плиты должны содержать много колоний с различных размеров колонии (рис. 3). Размеры разные колонии указывают клоны различной фитнес и хороший признак того, что протокол работал. Элементы управления доноров и получателей помощи должны иметь никакого роста на тарелках. С помощью протокола выше должен принести более 2 x 105 колонии формируя единиц (CFU). Расширения протокола к пяти реплицировать спряжения сразу должен принести около 1 х 106 кое. В предыдущей работе, анализ с использованием следующего поколения последовательности указали, что такой масштабной вверх библиотека должна принести > 2 x 105 уникальных вставки6. На очень высоких CFU (т.е., 1 x 10-6 CFU) количество уникальных вставки ожидается плато, как стать представлены все доступные вставками (некритическая).
Рисунок 1 : Схема бактериальных спряжение и вставки transposon в хромосоме. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 : Изображение фильтров, submersed в СМИ фунтов до и после vortexing. Перед vortexing клетки застряли в фильтр, и средства массовой информации ясно. После vortexing средства массовой информации становится мутным, как клетки пришли офф фильтр и в средствах массовой информации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 : (A) представитель плита transposon библиотеки после 18 h роста. (B) крупным планом размеров колонии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Протокол, описанные здесь позволяет на строительство библиотеки плотной вставки. Этот метод позволяет создать библиотеку transposon с более чем 2 x 105 уникальных transposon мутантов с использованием до 5 мл культуры том6. Это сравнительно легко выполнить, использует реагентов в самых основных микробиологические лаборатории, масштабируемой и требует мало дорогостоящее оборудование или Расходные материалы, такие как электропорации кюветы.
Значительным преимуществом этого метода является, что, в теории, пользователь имеет широкую свободу действий в выборе энтеробактерий получателя штаммов. Это бумага, а также другие11, использовать как получателя деформации, E. coli , однако плазмида pJA1 успешно используется с другими энтеробактерий получателей видов, таких как шигеллам Флекснера6 и Salmonella enterica серовар Typhimurium штамм SL134410. Теоретически, γ происхождение репликации (oriR6Kγ) в pJA1 позволяет эта плазмида необходимо поддерживать широкий принимающей диапазон19, позволяя, что получатели штамм является Пир +. Недавно новые методы были описаны позволяют для строительства pir + в диапазоне от энтеробактерий штаммов20, дает дополнительную гибкость. Кроме того300 пары моб региона от RP4 плазмида в pJA1 позволяет сопряженных передачи этой плазмида широкий спектр грам отрицательные бактериальных штаммов19. Проще говоря, этот метод может теоретически использоваться с различными получателями штаммов, до тех пор, как несколько условий: штамм является pir+ и отмеченные антибиотикорезистентности за исключением канамицин и штамм доноров.
Важнейшим шагом в протоколе заключается в оценке правильное количество клеток для плиты в шаге 4.1. Если колонии расположены слишком близко, они конкурируют за питательных веществ на плите и outcompeted меньше подходят мутантов. Это может привести к сокращению общего числа мутантов. В качестве альтернативы если колонии расположены слишком далеко друг от друга, будет слишком мало колоний на плите, и общее количество агар пластин, необходимых для достижения большой библиотеки становится обременительным. Поэтому важным является достижение правильного соотношения численности колонии за тарелку.
Это имеет важное значение для выполнения элементов управления, перечисленных в протоколе, чтобы убедиться, что шаги работают как описано. Особенно при использовании Налидиксовая кислота как борьбе с выбор против штамма доноров, важно, чтобы убедиться, что негативные доноров управления пластины свободны от колоний. Это потому, что там может быть низкий уровень (приблизительно 1 x 10-10)21 спонтанное сопротивления Налидиксовая кислота, дающие ложных срабатываний. Как правило конъюгации и транспонирования составляет приблизительно 2 x 10-4 19. Таким образом конъюгации и транспонирования составляет несколько порядков больше, чем темпы спонтанного устойчивость к налидиксовой кислоты. Таким образом уровень ложных срабатываний по сравнению с истинной транспонирования события является очень низким и считается незначительным, когда протокол работает. Однако если значительно снижаются ставки сопряжения или транспонирования, (от низкой спаривания эффективности и/или отсутствие индукции Транспозаза гена с IPTG) и протокол масштабируется компенсировать это, то количество ложных срабатываний (клоны, не имеют transposon вставлены) также может увеличить.
Некоторые изменения могут быть сделаны для инкубации раз в 3.2 шаги и 3.10. Шаг 3.2 государств, возникающие сопряжения для 6 h, но по нашему опыту, это время может быть разнообразны (т.е., 4-7 ч), не меняя результаты значительно. Кроме того на этапе 3.10, продолжительность времени, которое колоний инкубируют на плитах агара можно также скорректирована. Это может варьироваться в зависимости от среднего удвоить скорость время или роста штамма получателя. Кроме того наш опыт, 18 h принесли различных размеров колонии, указывающий библиотеку разнообразных фитнес. Однако колонии с значительно снижается фитнес может занять больше времени, чтобы расти и таким образом не могут быть видны после 18 ч. Если этот метод используется для найти клонов чрезвычайно сниженным фитнес, могут использоваться более длительное время инкубации и меньшее количество колоний на пластину для уменьшения скученности (т.е., 48 ч, 50-300 колоний).
Дополнительные недостатки этого метода включают в себя, это не возможно использовать получателей штамм, который уже имеет резистентность канамицин. Это может быть возможность замены маркер канамицин сопротивления в pJA1 плазмиды для альтернативного выбора маркера, например хлорамфеникол сопротивление преодолеть этот барьер. Она также может быть стоит отметить, что, теоретически, можно использовать получателей штамм, который устойчив ампициллин, как pJA1 плазмиды, содержащий маркер сопротивления ампициллин теряется вскоре после транспонирования.
Создание плотного transposon библиотеки в генетический фон выбора потенциально выгодными для многих приложений, вниз по течению. Например плотной transposon библиотека может использоваться для выявления ауксотрофных мутантов с помощью реплики обшивка22 или идентификации мутантов, которые дефектных в создании инфекции1,2. Совсем недавно, как стоимость секвенирования ДНК снизилась и новые технологии, такие как следующего поколения последовательности стали обычным явлением, transposon библиотек были использованы с глубоким секвенирования ДНК чтобы разобраться в ген существенности, функции гена и генетических взаимодействий. Некоторые из этих методов рассматриваются в 23 и включать такие методы, как transposon направленных вставки узла виртуализации (TraDIS), transposon последовательности (Tn-seq), высок объём вставки, отслеживание глубокую последовательности (HITS) и вставки последовательность ( INSeq). Все эти вниз по течению методы полагаются на строительство плотной transposon вставки библиотек. В то время как другие векторов может потребоваться использоваться для конкретных методов, ниже по течению, протокол, описанные здесь дает обзор процедурные моменты следовать.
Автор не имеет ничего, чтобы раскрыть.
Я благодарю Джордж церковь лаборатории для рода дар pJA1 плазмиды. Я благодарю Фабьенн гамбургер и Алекс Boehm от Урс Jenal лаборатории в Biozentrum в Базеле за помощь с бактериальной спряжение и предоставление BW20767 штамма. Я также благодарю Олин Силандер за полезные изменения. Финансирование этого исследования была представлена средств от Massey университет в Новой Зеландии и Швейцарии инициативы в биологии (проект «Битвы X» присуждена Дирк Bumann) в университете Базеля, Швейцария.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.45 micron nitrocellulose filters (sterile) | Millipore | HAWP02500 | Alternatively blotting paper can be used (listed below) |
Blotting paper cut into ~ 1 inch circles, then autoclave/sterilized in foil. There is no difference in efficiency between the nitrocellulose filters or blotting paper | GE life Sciences: product Grade 3MM Chr Blotting Paper, sheet, 46 × 57 cm | 3030-917 | Alternatively nitrocellose filters can be used (listed above) |
Metal Forceps, sterile | VWR/Global Science New Zealand | MURRE009/01 | |
Petri dishes, sterile, 90 mm diameter, 68 mL volume, 12.5 mL working volume. | Interlab New Zealand | 2303-1090 | |
Sterile glass spreaders | VWR/Global Science New Zealand | NZNZSPREADER | Alternatively sterile glass beads can be used for spreading culture onto plates (listed below) |
Sterile glass beads | VWR/Global Science New Zealand | HERE1080603 | Alternatively a sterile glass spreader can be used for spreading culture onto plates (listed above) |
Nalidixic acid (optional) | GoldBio.com | N-015-250 | |
Ampicillin sodium salt BioChemica | VWR/Global Science New Zealand | APLIA0839.0025 | prepare according to manufacturer recommendation |
Kanamycin sulfate BioChemica | VWR/Global Science New Zealand | APLIA1493.0010 | |
IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) | Thermofisher New Zealand | FMTR0393 | |
Difco Agar granulated | Fort Richard Laboratries/Interlab New Zealand | 214530 | |
Luria Broth Base (Miller's LB Broth Base) | Thermofisher | 12795-084 | |
Glycerol bidistilled 99,5 % | VWR/Global Science New Zealand | VWRC24388.320 | |
15 ml polypropelene sterile conical vials | VWR/Global Science New Zealand | CORN430791 | |
Microcentrifuge tubes, flat cap, 1.7ml, Ultra-clear PP, graduated, autoclavable and freezable | VWR/Global Science New Zealand | AXYGMCT-175-C | |
50ml Centrifuge tubes, Falcon, PP, conical, printed graduation, with flat screw caps, sterile | VWR/Global Science New Zealand | BDAA352070 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Incubator at 37C | |||
Autoclave for sterilizing media |
An erratum was issued for: Creation of a Dense Transposon Insertion Library Using Bacterial Conjugation in Enterobacterial Strains Such As Escherichia Coli or Shigella flexneri. The Discussion and References sections have been corrected.
The second paragraph in the Discussion section was updated from:
A significant benefit of this method is that, in theory, the user has wide latitude in the choice of enterobacterial recipient strains. This paper, as well as others11, use E. coli as a recipient strain, however the pJA1 plasmid has been used successfully with other enterobacterial recipient species such as Shigella flexneri6 and Salmonella enterica serovar Typhimurium strain SL134410. Theoretically, the γ origin of replication (oriR6Kγ) in pJA1 allows this plasmid to be maintained in a broad host range19, allowing that the recipient strain is pir+. Recently, new methods have been described that allow for construction of the pir+ in a range of enterobacterial strains20, giving additional flexibility. Additionally, the300 base pair mob region from the RP4 plasmid in pJA1 allows conjugative transfer of this plasmid to a wide range of gram negative bacterial strains19. Simply put, this method could theoretically be used with a variety of recipient strains, as long as several conditions are met: the strain is pir+, and is marked with an antibiotic resistance other than kanamycin and other than the donor strain.
to:
A significant benefit of this method is that, in theory, the user has wide latitude in the choice of enterobacterial recipient strains. This paper, as well as others11, use E. coli as a recipient strain, however the pJA1 plasmid has been used successfully with other enterobacterial recipient species such as Shigella flexneri6 and Salmonella enterica serovar Typhimurium strain SL134410. Theoretically, the γ origin of replication (oriR6Kγ) in pJA1 allows this plasmid to be maintained in a broad host range19, allowing that the recipient strain is pir-. The 300 base pair mob region from the RP4 plasmid in pJA1 allows conjugative transfer of this plasmid to a wide range of gram negative bacterial strains19. Simply put, this method could theoretically be used with a variety of recipient strains, as long as several conditions are met: the strain is pir-, and is marked with an antibiotic resistance other than kanamycin and other than the donor strain.
The References section was updated from:
to:
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены