Testovanie transformácie baktérií E. coli chemickou transformáciou a použitím studenej plazmy

Testovanie transformácie baktérií E. coli chemickou transformáciou a použitím studenej plazmy

Celkové hodnotenie

Vedecká práca
93%
Prevedenie (dizajn)
80%
Diskusná interakcia
100%
PoužívateľVedecká prácaDizajnDiskusná interakcia
Bc. Karolína Majerová100%100%-
Anna Zahoranová100%80%100%
Bc. Andrej Čereš80%60%100%
ISBN: 978-80-972360-1-4

Testovanie transformácie baktérií E. coli chemickou transformáciou a použitím studenej plazmy

Pavol Mišenko1 , Zdenko Machala2 , Roman Gardlík3 , Iveta Waczulíková
1 Katedra jadrovej fyziky a biofyziky, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Univerzita Komenského, Mlynská Dolina, 842 48 Bratislava 4 Slovensko
2 Katedra astronómie, fyziky Zeme a meteorológie, Fakulta matematiky fyziky a informatiky, Univerzita Komenského, Mlynská Dolina, 842 48 Bratislava 4 Slovensko
3 Ústav molekulárnej biomedicíny, Lekárska fakulta, Univerzita Komenského, Sasinkova 4, 811 08 Bratislava Slovensko
pavolmisenko.95@gmail.com

Transformácia baktérií pomocou vpravovania špecifického DNA plazmidu je bežne používanou metódou. Využitie našla v mnohých odvetviach výskumu, od molekulárnej biológie až po mikrobiologické a genetické inžinierstvo. Baktérie sú veľmi prispôsobivé organizmy, ktoré majú schopnosť pohltiť molekuly DNA, replikovať ich, ale taktiež ich využiť na syntézu špecifických proteínov. Jednu z nových metód používaných na transformáciu baktérií predstavuje použitie nerovnovážnej (nízkoteplotnej) plazmy. Pri pôsobení nízkoteplotnej plazmy sa vytvára elektrické pole a taktiež aj nabité častice a radikály, ktoré môžu spôsobiť čiastočnú depolarizáciu membrán a následne vytvorenie pórov pre vstup DNA do bakteriálnej bunky.

Cieľom práce bolo otestovať transformáciu bakteriálneho kmeňa E. coli DH5α v roztoku CaCl2 za použitia nízkoteplotnej plazmy generovanej kladným korónovým výbojom, ktorý ako pracovný plyn používa obyčajný vzduch pri atmosférickom tlaku. Dĺžka pôsobenia výboja bolo nastavená tak, aby nenastala úplná inaktivácia buniek. Do baktérií bol vpravovaný DNA plazmid pcDNA3.1. Účinnosť transformácie sme porovnávali s bežne používanou transformáciou tepelným šokom. Nízkoteplotná plazma predstavuje možnú alternatívnu metódu, použiteľnú na vpravovanie plazmidovej DNA do baktérií.

Poďakovanie: 
Zdroje: 

1. Synergistic effect between electrical and chemical factors in plasma gene transfection. Isozaki, Y., a iní. 605, 2016, Archives of Biochemistry and Biophysics, s. 59-66. 0003-9861.
2. Low-energy plasma immersion ion implantation to induce DNA transfer into bacterial E. coli. Sangwijit, K., a iní. 365, 2015, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, s. 389-393. 0168-9002.
3. Optimalization of plasma facilitated DNA delivery method. Connolly, Richard J., a iní. 103, 2015, Bioelectrochemistry , s. 15-21. 1567-5394.

Diskusia

V prvom rade by som chcela pochváliť zaujímavú prácu a pekný experimentálny dizajn. Mám pár laických otázok:
1) Optimalizovali ste aj dĺžku plazmovania?
2) Môže pri expozícii v plazme dochádzať aj k neselektívnemu poškodeniu DNA baktérií? Sledovali ste to vo svojej práci, prípadne je to popísané v literatúre?

Ďakujem za odpovede a želám veľa úspechov v ďalšej práci!

Ďakujem za reakciu. V prvom rade by som sa chcel ospravedlniť za neskoré reagovanie z mojej strany, bolo potrebné dokončiť bakalársku prácu, takže som nestíhal. Čo sa odpovedí na otázky týka:

1) V rámci experimentu sme skúšali len jednu dĺžku (20s). Keďže cieľom bolo zistiť prítomnosť efektu a nie ho kvantifikovať, stačili nám experimenty pre jednu dĺžku plazmovania. Tú sme určovali z pár predchádzajúcich "nástrelov" pri ktorých sme sledovali mieru úhynu baktérií. Pre dlhšie pôsobenie sa zväčšoval úhyn, čo nie je v našom prípade ideálne. Ale pre podrobnejšie skúmanie efektu by bolo naozaj potrebné urobiť širšie spektrum dĺžok pôsobenie a určiť z nich tie najoptimálnejšie.

2) V našej práci sme poškodenie DNA nesledovali. V niektorých článkoch sa uvádza, že plazmové pôsobenie, respektíve jeho produkty (hlavne veľmi reaktívne častice - radikály) spôsobujú poškodenie DNA, ktoré je úmerné pôsobeniu plazmy. Myslím si, že v našich experimentoch k nemu dochádzalo tiež, ale neviem povedať do akej veľkej miery.

Dúfam, že som dostatočne dobre zodpovedal na otázky.

Dakujem za odpovede a drzim palce pri obhajobach bakalarky!

Dobrý deň Pavol, vzhľadom na to, že s problematikou výskumu kolegov z tímu som oboznámená, rada by som sa opýtala na iné metódy transfekcie, ktoré sa skúmajú, alebo (už) používajú. Ďakujem a prajem veľa úspechov.
iwa

Prajem pekný deň, čo sa týka iných metód, je veľmi efektívnou metóda elektroporácie. Tá sa bežne používa a je o nej aj pomerne dosť výskumov. Pri tejto metóde sú bunky vystavované silnému elektrickému poľu, ktoré spôsobí prechodné vytvorenie pórov v membráne a umožní prestup DNA do bunky. Skúmajú sa aj metódy pri ktorých sa elektroporácia kombinuje s plazmou (Optimization of a plasma facilitated DNA delivery method - Connolly et al. 2014). Alebo sa testujú spôsoby transfekcie pomocou plazmy ale za rôznych podmienok, napríklad primárnym využitím iónov, ktoré sa pri pôsobení plazmy vytvárajú. Taktiež som sa dočítal o metóde, pri ktorej sa na transformáciu používajú nanovlákna. Pri nanášaní suspenzie baktérií spolu s DNA a nanovláknami sa pri tretí vlákna "zabodávajú" do baktérií a umožňujú tak prenos DNA (A simple and rapid method of bacterial transformation - Wilharm et al. 2010).

Ďakujem za odpoveď, tie nanovlákna ma priviedli k myšlienke, či kolegovia neskúsili (v rámci nejakej spolupráce) dopraviť DNA pomocou nosičov, napr. lipozómov alebo dendrimérov - čo sme využili aj my (v spolupráci s PL) pre prenos krátkej interferujúcej RNA cez membránu. Našla som celkom užitočný prehľad tých metód, možno sa Vám hodí.

http://www.bio-rad.com/webroot/web/pdf/lsr/literature/10-0826_transfection_tutorial_interactive.pdf

Ďakujem za informácie. Čo sa týka vpravovania DNA pomocou lipozómov, tak tam by mohol byť problém pri bakteriálnych bunkách, vzhľadom na to že majú bunkovú stenu a vonkajší obal. Každopádne stojí za to pozrieť sa či sa niekto touto problematikou nezaoberal.

Zdravím Pavol,
viem, že pri troch bodoch je analýza dát obmedzená a je ťažké robiť zodpovedné závery. Mňa by zaujímalo ako by vyzeral výsledok analýzy zhody ak by si predpokladal nekonštantný vzťah na BA grafe. T.j. že by závislosť rozdielu medzi metódami od priemeru by bola lineárna a klesala (čo by teoreticky mohol naznačovať graf č.2.). Je to čisto hypotetická otázka, z troch bodov ťažko uvažovať. Každopádne pri vyššom počte údajov, by sa dala štatisticky otestovať významnosť sklonu priamky.
Pekná práca a aj pekná analýza :)

Ďakujem za reakciu.
Ak som správne pochopil, pýtate sa aký záber by som vyvodzoval ak by (za predpokladu väčšieho počtu meraní) bol výsledok zhody záporne lineárne závislý?

Áno, pretože tento vzťah sa môže správať tak, že pri nízkych priemerných hodnotách je rozdiel medzi metódami nižší a zo zvyšujúcimi sa hodnotami stúpa a graf, ktorý ste prezentovali vtedy nie je korektný (samozrejme zatiaľ je OK, keďže máme len tri dátové body.) Len by ma zaujímalo ako by si vtedy upravil analýzu a interpretáciu.

Za predpokladu, že by si aj väčší počet meraní udržal trend zväčšujúceho sa rozdielu so zvyšujúcimi sa hodnotami, zvažoval by som vhodnú transformáciu dát. Ak by transformácia nebola vhodnou možnosťou, popísal by som rozdiely medzi metódami pomocou regresie rozdielu (CH-PL) na priemer (CH+PL)/2.
Dúfam, že som dostatočne dobre zodpovedal otázku.

Možno by stálo za to spraviť aj Deming regresiu na pôvodných dátach.

Priznám sa, že s touto metódou analýzy som sa ešte nestretol. Samozrejme uvažujem, že by som mal k dispozícií viac meraní. Pretože na Deming regresiu je potrebné mať aspoň odhad pomeru medzi varianciami chýb oboch metód. Teda ak som to správne pochopil z toho čo som čítal.

Dobrý deň, veľmi pekná práca. Ja mám na Vás možno trochu laickú otázku, skôr z tej praktickej stránky. Chcela by som sa spýtať, aké výhody metóda transformácie pomocou studenej plazmy so sebou prináša v zmysle nahraditeľnosti iných metód. Je táto metóda jednoduchšia, rýchlejšia alebo lacnejšia ako iné metódy? Alebo aké iné benefity prináša? Za odpoveď ďakujem.

Ďakujem za otázku. Vzhľadom na to, že sa jedná o pomerne novú a ešte nepreskúmanú metódu, je ťažké hovoriť o konkrétnych, jasne stanovených, výhodách. Jednou z potencionálnych výhod je možnosť použiť plazmu na vpravovanie DNA pri génovej terapii. Výhodou oproti používanej elektroporačnej metóde môže byť hlavne to, že nie je pre pacienta až taká nepríjemná ako aplikácia veľkého elektrického poľa, používaného pri elektroporácii. Alebo napríklad použiť plazmu v spojení s elektroporáciou na posilnenie efektu.
Na to aby sa dalo povedať či by mohla nahradiť iné metódy by bolo potrebné urobiť širšie spektrum experimentov. Napríklad oproti elektroporačnej metóde je zatiaľ menej efektívna no jednoduchšia. Oproti transformácii sa javí byť efektívnejšia, ale náročnejšia. Dovolím si povedať, že pri správnom nastavení parametrov plazmovej transformácie by sa mohla efektivitou porovnávať s elektroporáciou. No jedná sa len o môj názor na túto problematiku. Dúfam, že som dostatočne odpovedal na otázku.