Summary

אינדוקציה של דיפרנציאציה נייד תא הדמיה אחת של<em> Vibrio parahaemolyticus</em> שחיין ותאי נחיל

Published: May 15, 2017
doi:

Summary

פרוטוקול זה מאפשר מיקרוסקופית תא בודד של מובחן Vibrio parahaemolyticus שחיין ותאי swarmer . השיטה מייצרת אוכלוסייה של תאים swarmer זמין בקלות עבור ניתוח תא בודד ומכסה הכנה של תרבויות תאים, אינדוקציה של בידול swarmer, הכנת המדגם, ניתוח תמונה.

Abstract

היכולת ללמוד את לוקליזציה תאיים של חלבונים חיונית להבנה של תהליכים סלולריים רבים. בתורו, זה דורש את היכולת להשיג תאים בודדים עבור מיקרוסקופ פלואורסצנטי, אשר יכול להיות מאתגר במיוחד כאשר תאים הדמיה הקיימות בקהילות חיידקים. לדוגמה, האדם הפתוגן Vibrio parahaemolyticus קיים כמו קצר בצורת מוט שחין בצורת בתנאים נוזליים כי על פני השטח קשר להבדיל subpopulation של תאים swarmer מוארך מאוד התמחה לצמיחה על משטחים מוצקים. מאמר זה מציג שיטה לבצע יחיד תא פלואורסצנטי ניתוח מיקרוסקופ של V. parahaemolyticus בשני מצבי ההפרש שלה. פרוטוקול זה reproducibly מאוד גורם הפרדה של V. parahaemolyticus לתוך מחזור חיי תא מחזורי ומקל על התפשטות שלהם על פני משטחים מוצקים. השיטה מייצרת התפרצויות של תאים swarmer מובחנת המשתרעת מ tהוא קצה של מושבה נחיל. יש לציין, בקצה מאוד של התנפחות- swarm, תאים swarmer קיים בשכבה אחת של תאים, אשר מאפשר העברת קל שלהם שקופיות מיקרוסקופ ולאחר מכן מיקרוסקופ פלואורסצנטי הדמיה של תאים בודדים. בנוסף, זרימת העבודה של ניתוח תמונות עבור ייצוג דמוגרפי של חברות חיידקים מוצג. כהוכחה לעיקרון, ניתוח של לוקליזציה תאיים של chemotaxis איתות מערכים בשחיינים ותאי swarmer של V. parahaemolyticus מתואר.

Introduction

חיידקים כל הזמן חווים שינויים בסביבה החיצונית שלהם פיתחו מספר טכניקות לשנות ולהתאים את התנהגותם בהתאם. מנגנון אחד כזה כולל את ההבחנה לסוגים שונים של תאים המשלימים טוב יותר את הסביבה המשתנה. בידול לעיתים קרובות כרוך שינויים גדולים הרגולציה של מחזור התא, מורפולוגיה התא, ואת הארגון spatiotemporal של התאים. אורגניזם אחד שיכול לעבור בידול הוא Vibrio parahaemolyticus . V. parahaemolyticus שייך Vibrionaceae , אשר משפחה של proteobacteria כי בדרך כלל מים טריים או מלוחים. Vibrionaceae מופצים באופן נרחב בסביבה וכוללים מספר מינים הגורמים זיהומים בדרכי העיכול בבני אדם, כולל גם cholerae.V Vibrio. Parahaemolyticus הוא אורגניזם dimorphic והוא מסוגל להבדיל לשני סוגי תאים נפרדים כתגובה כדי להתאים את השינויים שלהסביבה חיצונית. בסביבות מימיות, הוא קיים כמו תא שוחה קצר בצורת מוט עם דגלום קוטב יחיד ממוקם על עמוד התא הישן. על פני השטח מגע, בידול לתא swarmer מופעלת. הבדל תאים swarmer כוללת שני שינויים עיקריים: morphogenesis תא swarmer באמצעות עיכוב חלוקת התא, ואת אינדוקציה של מערכת השני flagella. התוצאה היא היווצרותו של תא נחיל, בעל צורה מוטורית ואורך מוארך, אשר יכול להמשיך את סגנון החיים של נחיל, שבו אירועים של חלוקה מביאים לתאי נחילים, או לחילופין להבדיל חזרה לתאי שחיינים.

מספר גורמים דווחו כדי להשפיע או להשפיע על בידול swarmer. הגירוי העיקרי נראה מונע על ידי mechanosensing שבו V. parahaemolyticus משתמש flagell הקוטב כחיישן מישוש המזהה עיכוב של סיבוב על פני השטח קשר, אבל גורמים נוספים מעורבים כמוטוב 1 . במעבדה, סיבוב של דגלום הקוטב יכול להיות מעוכבת באופן מלאכותי על ידי תוספת של phenamil, אשר חוסם את ערוץ הנתרן מונע סיבוב flagellar, ובכך לגרום swarmer differiation 2 . יתר על כן, במחקר מוקדם יותר, Vibrio alginolyticus היה המושרה נחיל על מדיה מוצקה כאשר תאים היו מופצות על המדיום צמיחה בצלחת פטרי חתום עם קלטת פלסטיק ברורה. נייר סינון רווי אלקלי מונע התנפחות תחת תנאים אלה, ומכאן טוען כי אחד או יותר חומצות נדיפות עשוי להיות מעורב אינדוקציה של נחיל. לפיכך, איטום צלחת פטרי עם קלטת פלסטיק מותר ככל הנראה על הצטברות של חומצות נדיפות, נוצר כמו תוצרי לוואי של חילוף החומרים הסלולרי, בתוך שטח הראש של הצלחת. אותו אפקט הושג כאשר H 2 O 2 נוספה בינוני הצמיחה במנות אטום אטום על מנת לייצר באופן מלאכותי חומצות נדיפות ידי hydrolysing רכיבי מדיה <supClass = "xref"> 3 , 4 , 5 . עם זאת, הזהות של חומצות נדיפות כאלה עדיין לא ידוע. יתר על כן, הוכח כי זמינות עודפת של סידן 6 ו-הגבלה ברזל 7 הן לשפר את הבדל swarmer והתפשטות על פני משטחים מוצקים. תאים ניתן לרעב ברזל על ידי הוספת המתחם 2,2'-Bipyridyl למדיום הצמיחה, אשר הוכח להשפיע על בידול swarmer 8 . הגורמים ידועים לוויסות בידול מיושמים עכשיו בעיצוב של פרוטוקול זה reproducibly גורם V. parahaemolyticus בידול לתוך תאים swarmer ואת התפשטות שלהם על משטחים אגר מוצק.

V. parahaemolyticus בידול כוללת שינויים משמעותיים ויסות חלוקת התא, מורפולוגיה הסלולר, ואת המיקום של מכונות macromolecular כגון flagellA ו chemotaxis מנגנוני – תהליכים שדורשים כל לוקליזציה ספציפית של חלבונים בהתאם מחזור התא. לכן, היכולת ללמוד את לוקליזציה תאיים של חלבונים כאלה חיונית להבנת התהליכים הסלולר הנ"ל. על מנת לבצע מחקרים כאלה מיקרוסקופ פלואורסצנטי על תאים בודדים נדרשת. זה יכול להיות מאתגר במיוחד כאשר תאים הדמיה הקיימות בתוך אוכלוסיות חיידקים צפופים, כמו במקרה של תאים swarmer. היו ניסיונות לגרום להבדל swarmer בתקשורת נוזלית, אשר יכול ליצור תאים בודדים למחקרים מיקרוסקופיים. ואף על ברמת תעתיק תאים אלה גרמו חלקית את התוכנית swarmer-differentiation, הם לא עוברים את אותם שינויים מורפולוגיים ברורים כמו תאים נבדל מובחן לחלוטין גדל על בינוני מוצק 8 . מאמר זה מציע פרוטוקול חזק לשחזור של שיטה כדי לגרום swarmer CELl הבחנה על פני אגר. הפרוטוקול מייצר אוכלוסייה של תאים swarmer נגיש בקלות זמין עבור מיקרוסקופ תא בודד וניתוח לאחר מכן. יתר על כן, הפרוטוקול מאפשר מחקרים לוקליזציה של חלבונים שכותרתו fluorescently בשחיין סוגי התאים swarmer (סעיפים 1, 2, 3, 4). בנוסף, פרוטוקול מתאר את זרימת העבודה הבאים על איך לעבד ולנתח את הנתונים שנוצר ניסויים מיקרוסקופ פלואורסצנטי, המאפשר ניתוח דמוגרפי של חברות חיידקים (סעיף 5).

Protocol

1. הכנה של המוסמכת V. תאים parahaemolyticus ו electroporation של פלסמיד DNA לתוך תאי שחיינים הערה: בסעיף הבא של הפרוטוקול מאפשר הכנה של תאים המוסמכות אלקטרו ואת electroporation שלאחר מכן של DNA פלסמיד לתאי שחיינים. צעד זה חשוב אם חלבונים ניאון הם להיות ecto…

Representative Results

אינדוקציה של בידול ודור של מושבות נחפזות איור 1 מספק סכימה של השלבים החשובים מעורב בהפקת מושבות נחיל של V. parahaemolyticus ( איור 1A-C ). תרבות שחיינים זוהה על נחיל אגר ו מודגרות על 24 <…

Discussion

מאמר זה מדווח על שיטת הדמיה מיקרוסקופית של תאים V. parahaemolyticus swarmer , ואחריו מנתח במורד המיועד לפתור לכמת את לוקליזציה subcellular ותכונות אחרות של חלבונים שנחקרו fluorescently שכותרתו. למרות מספר כלים קיימים לעיבוד תמונה מיקרוסקופית וניתוח 14 , 15

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי מקס פלאנק החברה.

Materials

Media components
LB-medium Roth X968.3
Difco Agar, granulated BD 214510 For preparation of LB agar with LB-medium
Difco Heart Infusion Agar BD 244400 For preparation of HI agar swarming plates
Agarose NEEO, ultra quality Roth 2267.3 For preparation of microscopy agarose pads
Name Company Catalog Number Comments
Additives
L-arabinose Roth 5118.3 Used to induce pBAD derivatives
2,2`-Bipyridyl Sigma Aldrich D216305-25G For preparation of HI agar swarming plates
Calcium chloride dihydrate Roth 5239.1 For preparation of HI agar swarming plates
Ampicillin sodium salt Roth K029.3
Chloramphenicol Roth 3886.3
PBS buffer Standard recipe for Phosphate-buffered saline
D(+) Sucrose Roth 4621.1 For preparation of electrocompetent cells
Glycerol Roth 3783.5 For preparation of electrocompetent cells
Name Company Catalog Number Comments
Hardware
Petri dish 150x20mm with cams Sarstedt 82.1184.500 For preparation of HI agar swarming plates
kelvitron t (B 6420) Heraeus Used for drying HI agar swarming plates
Gene Pulser Xcell Microbial System BioRad 1652662 Used for elctroporation of plasmid DNA
Name Company Catalog Number Comments
Software
MetaMorph Offline (version 7.7.5.0) Molecular Devices Used for microscopy image analysis
Excel Microsoft Used for microscopy data analsis

References

  1. McCarter, L., Hilmen, M., Silverman, M. Flagellar dynamometer controls swarmer cell differentiation of V. parahaemolyticus. Cell. 54 (3), 345-351 (1988).
  2. Kawagishi, I., Imagawa, M., Imae, Y., McCarter, L., Homma, M. The sodium-driven polar flagellar motor of marine Vibrio as the mechanosensor that regulates lateral flagellar expression. Mol. Microbiol. 20 (4), 693-699 (1996).
  3. Ulitzur, S. Induction of swarming in Vibrio parahaemolyticus. Arch. Microbiol. 101 (4), 357-363 (1974).
  4. Ulitzur, S. Effect of temperature, salts, pH, and other factors on the development of peritrichous flagella in Vibrio alginolyticus. Arch. Microbiol. 104 (3), 285-288 (1975).
  5. Ulitzur, S. The mechanism of swarming of Vibrio alginolyticus. Arch. Microbiol. 104 (1), 67-71 (1975).
  6. Gode-Potratz, C. J., Chodur, D. M., McCarter, L. L. Calcium and iron regulate swarming and type III secretion in Vibrio parahaemolyticus. J. Bacteriol. 192 (22), 6025-6038 (2010).
  7. McCarter, L., Silverman, M. Iron regulation of swarmer cell differentiation of Vibrio parahaemolyticus. J. Bacteriol. 171 (2), 731-736 (1989).
  8. Gode-Potratz, C. J., Kustusch, R. J., Breheny, P. J., Weiss, D. S., McCarter, L. L. Surface sensing in Vibrio parahaemolyticus triggers a programme of gene expression that promotes colonization and virulence. Mol. Microbiol. 79 (1), 240-263 (2011).
  9. Heering, J., Ringgaard, S. Differential Localization of Chemotactic Signaling Arrays during the Lifecycle of Vibrio parahaemolyticus. Front Microbiol. 7 (November), 1-12 (2016).
  10. Cameron, T. A., Anderson-Furgeson, J., Zupan, J. R., Zik, J. J., Zambryski, P. C. Peptidoglycan synthesis machinery in Agrobacterium tumefaciens during unipolar growth and cell division. mBio. 5 (3), (2014).
  11. Development Core Team, R. F. F. S. C. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. 1, 2673 (2008).
  12. Ringgaard, S., et al. ParP prevents dissociation of CheA from chemotactic signaling arrays and tethers them to a polar anchor. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (2), E255-E264 (2014).
  13. Ringgaard, S., Schirner, K., Davis, B. M., Waldor, M. K. A family of ParA-like ATPases promotes cell pole maturation by facilitating polar localization of chemotaxis proteins. Genes Dev. 25, 1544-1555 (2011).
  14. Vischer, N. O. E., et al. Cell age dependent concentration of Escherichia coli divisome proteins analyzed with ImageJ and ObjectJ. Front Microbiol. 6 (JUN), (2015).
  15. Schneider, C. a., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat. Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
  16. Sliusarenko, O., Heinritz, J., Emonet, T., Jacobs-Wagner, C. High-throughput, subpixel precision analysis of bacterial morphogenesis and intracellular spatio-temporal dynamics. Mol. Microbiol. 80 (3), 612-627 (2011).
  17. Ducret, A., Quardokus, E. M., Brun, Y. V. MicrobeJ, a tool for high throughput bacterial cell detection and quantitative analysis. Nat. Microbiol. 1, 16077 (2016).
  18. Carpenter, A. E., et al. CellProfiler: image analysis software for identifying and quantifying cell phenotypes. Genome Biol. 7 (10), R100 (2006).
  19. Morales-Soto, N., et al. Preparation, Imaging, and Quantification of Bacterial Surface Motility Assays. J. Vis. Exp. (98), e52338 (2015).
  20. Paintdakhi, A., et al. Oufti: An integrated software package for high-accuracy, high-throughput quantitative microscopy analysis. Mol. Microbiol. 99 (4), 767-777 (2016).
  21. de Jong, I. G., Beilharz, K., Kuipers, O. P., Veening, J. -. W. Live Cell Imaging of Bacillus subtilis and Streptococcus pneumoniae using Automated Time-lapse Microscopy. J. Vis. Exp. (53), e1-e6 (2011).

Play Video

Cite This Article
Heering, J., Alvarado, A., Ringgaard, S. Induction of Cellular Differentiation and Single Cell Imaging of Vibrio parahaemolyticus Swimmer and Swarmer Cells. J. Vis. Exp. (123), e55842, doi:10.3791/55842 (2017).

View Video