Ultrazvučna liza E. Coli
- E. coli bakterije su najčešće korištene bakterije u mikrobiologiji i biotehnologiji.
- Ultrazvučni disruptori ćelija daju pouzdane i ponovljive rezultate za lizu E. coli.
- Intenzivna, ali precizno kontrolisana kavitacija i sile smicanja rezultiraju potpunim prekidom i visokim prinosima ekstrakcije (npr. proteini, DNK).
Zašto je ultrazvučna ćelijska disrupcija E. coli poželjna metoda?
Ultrazvučni homogenizatori ili ultrasonikatori tipa sonde nude nekoliko prednosti za lizu E. coli jer intenzivan ultrazvuk efikasno razbija ćelijske zidove i membrane. Ultrasonikatori tipa sonde se široko koriste za lizu E. coli iz sljedećih razloga:

Ekstrakcija proteina iz ćelija E.coli se efikasno izvodi sa ultrazvučna sonda UP200St
Ultrasonikator tipa sonde nudi mnoge prednosti za lizu E. coli. Pouzdana i precizna kontrola ultrazvučnih parametara procesa omogućava optimizaciju radnih parametara kao što su snaga, trajanje i rukovanje uzorkom kako bi se postigli željeni rezultati.
Poremećaj ćelije korišćenjem ultrazvučne kavitacije
Ultrazvučni homogenizatori tipa sonde rade sa cca. 20.000 ciklusa u sekundi (na 20 kHz) i izazivaju kavitaciju u tekućinama ili suspenzijama. Mikroskopska područja akustične kavitacije vakuumskih pritisaka i visokih temperatura koje razdvajaju ćelije. Iako temperature mogu doseći nekoliko hiljada stepeni Celzijusa, zapremine kavitacije su toliko male da ne zagrijavaju proces značajno. Ultrazvukom generirana akustična kavitacija i sile smicanja perforiraju ili razbijaju ćelijsku membranu bakterijskih ćelija kao što je E.coli. Hielscher ultrasonikatori omogućuju preciznu kontrolu nad parametrima procesa kao što su ultrazvučni intenzitet, amplituda, unos energije i temperatura. Na taj način se ultrazvučni proces lize može optimalno prilagoditi tipu ćelije, ćelijskoj kulturi i cilju procesa.
- precizna kontrola lize (intenzitet, amplituda, temperatura)
- pouzdani, ponovljivi rezultati
- optimalno prilagođavanje specifičnim uzorcima
- Kontrola temperature
- za vrlo male do vrlo velike uzorke (µL do litara)
- čisto mehanička obrada
- jednostavan, siguran rad
- linearno povećanje od laboratorije do proizvodnje

VialTweeter za ultrazvučnu lizu
Ultrazvučni homogenizator u odnosu na druge tehnike lize
Dok hemijska i enzimska liza može biti problematična – budući da kemijska liza može promijeniti strukture proteina i dovesti do problema s pročišćavanjem, a enzimska liza zahtijeva dugo vrijeme inkubacije i nije reproducibilna – ultrazvučna disrupcija je sofisticirana, brza metoda uništavanja ćelija.
Ultrazvučna liza se zasniva samo na mehaničkim silama. Ne dodaju se hemikalije, ultrazvuk razbija ćelijski zid silama smicanja. Hemijska liza može promijeniti strukturu proteina i dovesti do problema prečišćavanja. Enzimski poremećaj zahtijeva dugo vrijeme inkubacije i nije ponovljiv. Ultrazvučno uništavanje ćelija bakterije E.coli je brzo, jednostavno, pouzdano i ponovljivo. Zbog toga se Hielscher ultrasonikatori koriste u biološkim i biohemijskim laboratorijama širom svijeta za pripremu uzoraka, preanalitiku, in vitro dijagonstiku i višestruke testove.
Opće preporuke za ultrazvučnu lizu
Sonikacija je najpopularnija tehnika za lizu vrlo malih, srednjih i velikih količina suspenzija ćelija – od piko-litara do 100L/h (koristeći ultrazvučnu protočnu ćeliju). Ćelije se liziraju tečnim smicanjem i kavitacijom. DNK se takođe skida tokom ultrazvučne obrade, tako da nije potrebno dodavati DNAzu u ćelijsku suspenziju.
Kontrola temperature tokom ultrazvučne lize E.coli
Prethodnim hlađenjem uzorka i čuvanjem uzorka tokom ultrazvučne obrade na ledu, termička degradacija uzorka može se lako spriječiti.
U idealnom slučaju, uzorke bi trebalo držati na ledeno hladnim tokom lize, ali za većinu uzoraka dovoljno je da temperatura ne poraste iznad temperature kulture ili izvora tkiva. Zbog toga se preporučuje da se suspenzija drži na ledu i da se vrši sonikacija sa nekoliko kratkih ultrazvučnih impulsa od 5-10 sekundi i pauzama od 10-30 sekundi. Tokom pauza, toplota se može raspršiti kako bi se ponovo uspostavila niska temperatura. Za veće uzorke ćelija, dostupni su različiti reaktori protočnih ćelija sa rashladnim omotačem.
Ovdje pročitajte detaljne savjete i preporuke za uspješnu ultrazvučnu lizu!
Protokoli za ultrazvučnu pripremu lizata E. Coli
Istraživači koriste Hielscher ultrazvučne homogenizatore za poremećaj E.coli stanica. U nastavku možete pronaći različite testirane i dokazane protokole za lizu E.coli koristeći Hielscher ultrazvučne homogenizatore za različite primjene vezane za E. coli.
Rast ćelija, umrežavanje i priprema ćelijskih ekstrakata E. coli pomoću ultrazvuka
Za SeqA i RNA polimerazu ChIP-Chip E. coli MG1655 ili MG1655 ΔseqA je uzgajan na 37°C do OD600 od oko 0,15 u 50 ml LB (+ 0,2% glukoze) pre nego što je dodato 27 μl formaldehida (37%) po ml medijuma (konačna koncentracija 1%). Umrežavanje je izvedeno uz sporo mućkanje (100 rpm) na sobnoj temperaturi u trajanju od 20 minuta, nakon čega je uslijedilo gašenje sa 10 ml 2,5 M glicina (konačna koncentracija 0,5 M). Za eksperimente sa toplotnim šokom, E. coli MG1655 uzgajana je u 65 ml LB medijuma na 30°C do OD600 od oko 0,3. Zatim je 30 ml kulture prebačeno u prethodno zagrijanu tikvicu na 43°C, a ostatak je držan na 30°C. Umrežavanje i gašenje je kao što je gore opisano osim što su ćelije držane na 30 ili 43°C 5 minuta prije daljeg sporog mućkanja na sobnoj temperaturi. Ćelije su sakupljene centrifugiranjem i dva puta isprane sa hladnim TBS (pH7,5). Nakon resuspenzije u 1 ml pufera za lizu (10 mM Tris (pH 8,0), 20% saharoze, 50 mM NaCl, 10 mM EDTA, 10 mg/ml lizozima) i inkubacije na 37°C 30 minuta nakon čega slijedi dodavanje 4 ml IP pufera, ćelije su ultrazvučne obrade na ledu sa pauzama od 12 puta po 30 sekundi i 30 sekundi koristeći Hielscher ultrazvučni procesor UP400St na 100% postavci snage. Nakon centrifugiranja od 10 minuta na 9000 g, alikvoti od 800 μl supernatanta su pohranjeni na -20°C. (Waldminghaus 2010.)
Prekomjerna proizvodnja i pročišćavanje enzima ultrazvučnom sondom
Za prekomjernu proizvodnju proteina označenih dekahistidinom (His10), E. coli BL21(DE3) je transformiran sa pET19b konstruktima. Prekultura preko noći je sakupljena centrifugiranjem, a 1% je korišteno za inokulaciju ekspresione kulture. Ćelije koje nose pET19mgtB uzgajane su na 22°C do optičke gustoće na 600 nm (OD600) od 0,7. Kultura je prenesena na 17°C i inducirana sa 100 μM IPTG. Nakon 16 h, kultura je sakupljena centrifugiranjem na 7.500 × g na 4°C. Ćelije su resuspendirane u 50 mM fiziološkom rastvoru puferovanom fosfatom (PBS) sa 0,3 M NaCl pri pH 7,4 i poremećene ultrazvukom sonotrodom S2 sa mikro vrhom na Hielscher ultrasonikatoru UP200St u ciklusu od 0,5 i amplitudi od 75%.
Prekomjerna proizvodnja dekahistidinom označenog GtfC inducirana je na 37°C pri OD600 od 0,6 sa 100 μM IPTG. Ćelije su zatim inkubirane 4 h, sakupljene i lizirane kao što je gore navedeno za MgtB.
Crude cell extracts were centrifuged at 15,000 × g and 4°C to sediment the cell debris. The clarified extracts were loaded on 1-ml HisTrap FF Crude columns using an ÄKTAprime Plus system. The enzymes were purified according to the manufacturer’s protocol for gradient elution of His-tagged proteins. Eluted protein solutions were dialyzed twice against 1,000 volumes of 50 mM PBS, pH 7.4, with 0.3 M NaCl at 4°C. The purification was analyzed by 12% SDS-PAGE. The concentration of protein was determined by the Bradford method using Roti-Quant. (Rabausch et al. 2013)
Ultrazvučna ekstrakcija proteina iz bakterija E. coli
Protein mamca od interesa (u ovom slučaju, MTV1 Arabidopsis thaliana) je fuzionisan na GST oznaku i eksprimiran u BL21 Escherichia coli (E. coli) stanicama.
- Uzmite jednu peletu GST-MTV1 i GST (što odgovara 50 ml bakterijske kulture) i svaku resuspendirajte u 2,5 mL ledeno hladnog pufera za ekstrakciju.
- Upotrijebite ultrazvučni aparat UP100H (opremljen MS3 mikrotip-sonotrodom za male količine od približno 2-5 mL) da razbijete bakterijske ćelije dok se ne liziraju, što je naznačeno smanjenom neprozirnošću i povećanim viskozitetom. Ovo se mora izvesti na ledu, a preporučuje se ultrazvuk u intervalima (npr. ultrazvuk od 10 sekundi nakon čega slijedi pauza od 10 sekundi na ledu i tako dalje). Mora se paziti da se ultrazvuk ne vrši previsokim intenzitetom. Ako se otkrije pjenjenje ili stvaranje bijelog taloga, intenzitet je potrebno smanjiti.
- Prenesite rastvor liziranih bakterija u epruvete za mikrocentrifugu od 1,5 mL i centrifugirajte na 4°C, 16.000 xg 20 min.

Ultrasonikatori tipa sonde kao što je UP400St koristiti princip rada akustične kavitacije za efikasnu lizu E.coli.
Analiza ekspresije i pročišćavanje rekombinantnog proteina korištenjem ultrazvuka
Peleta E. coli je sonicirana sa Hielscher ultrasonikatorom UP100H. U tu svrhu, ćelijski pelet je resuspendiran u ohlađenom puferu za lizu (50 mM Tris-HCl pH=7,5, 100 mM NaCl, 5 mM DTT, 1 mM PMSF) i ohlađen na ledu 10 min. Zatim je suspenzija ćelija ultrazvučna sa 10 kratkih rafala od 10 s, nakon čega je uslijedio interval od 30 s za hlađenje. Konačno, ćelijski ostaci su uklonjeni ultracentrifugiranjem na 4°C tokom 15 minuta pri 14000 rpm. Za potvrdu ekspresije rPR, supernatant je stavljen na 12% poliakrilamidni gel i analiziran pomoću SDS-PAGE i Western blotinga. Prečišćavanje rPR-a je obavljeno upotrebom Ni2+-NTA smole (Invitrogen, SAD) prema uputstvu proizvođača. U ovoj fazi je korištena nativna metoda prečišćavanja. Čistoća pročišćenog proteina je procijenjena elektroforezom na 12% poliakrilamidnom gelu i naknadnim bojanjem Coomassie plavom bojom. Koncentracija pročišćenog proteina je mjerena Micro BCA kompletom za analizu proteina (PIERCE, SAD). (Azarnezhad et al. 2016.)
Ultrazvučni homogenizatori za lizu E. coli
Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i isporučuje ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za pouzdanu i učinkovitu lizu bakterija E. coli i drugih tipova stanica, tkiva i staničnih kultura.
Široki portfelj ultrazvučnih sondi kao i indirektnih sistema sonikacije omogućava nam da vam ponudimo idealan ultrazvučni homogenizator tkiva za vaše ćelijske poremećaje i primjenu za ekstrakciju.
Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany
Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Pametan softver, intuitivan meni, programabilna podešavanja i automatsko protokoliranje podataka samo su neke od karakteristika Hielscher ultrasonikatora. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju glatku integraciju naših ultrazvučnih aparata u istraživačke i biotehnološke objekte. Hielscher ultrasonikatori se lako nose sa čak i teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
---|---|---|
mikrotitarske ploče sa više jažica | N? A | UIP400MTP |
CupHorn za bočice ili čašu | N? A | Ultrazvučni kuphorn |
ultrazvučni mikroprotočni reaktor | N? A | GDmini2 |
do 10 bočica sa 0,5 do 1,5 ml | N? A | VialTweeter |
0.5 do 1.5 mL | N? A | VialTweeter |
1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000 |
N? A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
N? A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas!? Pitajte nas!
Dodatni protokoli za ultrazvučnu lizu E. coli
Alicin-modificirani proteini u E. coli pomoću ultrazvučnog VialTweetera
Određivanje sadržaja sulfhidrila testom 5,5′-Ditiobis(2-nitrobenzojeva kiselina) (DTNB)
Kultura E. coli MG1655 preko noći korišćena je za inokulaciju MOPS minimalnog medijuma (1:100). Kultura je uzgajana aerobno dok se ne postigne A600 od 0,4. Kultura je podijeljena u tri kulture od 15 ml za liječenje stresa. Netretirana kultura služila je kao negativna kontrola. U jednu od preostale dvije kulture dodano je 0,79 mM alicina (128 μg ml-1) ili 1 mM dijamida. Kulture su inkubirane 15 min. 5 ml svake kulture je sakupljeno centrifugiranjem (8,525 × g, 4°C, 10 min). Ćelije su dva puta isprane sa 1 ml PBS (137 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, 2 mM KH2PO4, pH 7,4, pohranjene anaerobno prije upotrebe) i centrifugirane (13 000 × g, 4°C, 10 min). Ćelije su resuspendirane u puferu za lizu (PBS sa 6 mM gvanidinijum HCl, pH 7,4) prije razgradnje na 4°C ultrazvukom (VialTweeter ultrasonikator, Hielscher GmbH, Njemačka) (3 × 1 min). Ćelijski ostaci su peletirani centrifugiranjem (13 000 × g, 4 °C, 15 min). Supernatant je prebačen u QS-makro kivetu od 3,5 ml (10 mm) sa magnetnom mešalicom i pomešan sa 1 ml pufera za lizu. Ekstinkcija uzoraka je praćena na 412 nm sa Jasco V-650 spektrofotometrom opremljenim PSC-718 temperaturno kontrolisanim držačem ćelija na sobnoj temperaturi. Dodano je 100 μl 3 mM rastvora ditiobis(2-nitrobenzojeve kiseline). Izumiranje je praćeno sve dok nije došlo do zasićenja. Proračun koncentracije tiola izvršen je pomoću koeficijenta ekstinkcije ϵ412 = 13.700 M-1 cm-1 za tio-2-nitrobenzojevu kiselinu (TNB). Koncentracije ćelijskog tiola izračunate su na osnovu zapremine ćelija E. coli od 6,7 × 10-15 litar i gustina ćelije od A600 = 0,5 (ekvivalentno 1 × 108 ćelije ml-1 kulture). (Müller et al. 2016.)
In vivo određivanje glutationa pomoću ultrazvučne drobilice ćelija
E.coli MG1655 uzgajan je u MOPS minimalnom mediju u ukupnoj zapremini od 200 ml dok se ne postigne A600 od 0,5. Kultura je podijeljena u kulture od 50 ml za liječenje stresa. Nakon 15 minuta inkubacije sa 0,79 mM alicina, 1 mM diamida ili dimetil sulfoksida (kontrola), ćelije su sakupljene na 4000 g na 4°C tokom 10 minuta. Ćelije su dva puta isprane KPE puferom prije resuspenzije peleta u 700 µl KPE pufera. Za deproteinizaciju, 300 l 10% (w/v) sulfosalicilne kiseline je dodano prije razbijanja ćelija ultrazvučnom obradom (3 x 1 min; VialTweeter ultrasonikator). Supernatanti su sakupljeni nakon centrifugiranja (30 min, 13.000 g, 4°C). Koncentracije sulfosalicilne kiseline su smanjene na 1% dodavanjem 3 zapremine KPE pufera. Mjerenja ukupnog glutationa i GSSG su obavljena kao što je gore opisano. Koncentracije ćelijskog glutationa izračunate su na osnovu zapremine ćelija E. coli od 6,7×10-15 litar i gustina ćelije od A600 0,5 (ekvivalentno 1×108 ćelije ml-1 kulture). Koncentracije GSH su izračunate oduzimanjem 2[GSSG] od ukupnog glutationa. (Müller et al. 2016.)
Ekspresija humanog mAspAT u E. coli pomoću ultrazvučnog homogenizatora
Pojedinačna kolonija E. coli BL21 (DE3) koja sadrži ekspresijski vektor u 30 mL Luria-Bertani (LB) medijuma koji sadrži 100 μg/mL ampicilina, a zatim kultivisana na 37ºC do optičke gustine (OD600) dostigao 0,6. Ćelije su sakupljene centrifugiranjem na 4.000 × g tokom 10 minuta i resuspendovane u 3L svježe LB podloge koja sadrži 100 μg/mL ampicilina.
Nakon toga, ekspresija proteina je indukovana sa 1 mM izopropil β-ᴅ-1-tiogalaktopiranozidom (IPTG) tokom 20 h na 16ºC. Ćelije su sakupljene centrifugiranjem na 8000 × g tokom 15 minuta i isprane puferom A (20 mM NaH2PO4, 0,5 M NaCl, pH 7,4). Približno 45 g (mokre težine) ćelija je dobijeno iz 3 L kulture. Nakon centrifugiranja, ćelijske pelete su resuspendirane u 40 mL (za 1 L kulture) ledeno hladnog ekstrakcionog pufera A, i lizirane ultrazvučnom obradom na ledeno hladnoj temperaturi koristeći Hielscher ultrazvučnu drobilicu ćelija UP400St. Liza ćelija je centrifugirana na 12.000 rpm tokom 15 minuta da se odvoje rastvorljive (supernatant) i precipitirane (pelet) frakcije. (Jiang et al. 2015.)
Činjenice koje vrijedi znati
E.coli
Escherichia coli (E. coli) je gram-negativna, fakultativno anaerobna, štapićasta koliformna bakterija iz roda Escherichia koja se obično nalazi u donjem dijelu crijeva toplokrvnih organizama (endoterme). Postoji veliki broj sojeva (ili podtipova) E. coli sa različitim karakteristikama. Većina sojeva E. coli je bezopasna za ljude, npr. sojevi B i K-12 koji se obično koriste za istraživačke primjene u laboratorijama. Međutim, neki sojevi su štetni i mogu uzrokovati ozbiljne bolesti.
E. coli igra važnu ulogu u modernom biološkom inženjerstvu i industrijskoj mikrobiologiji jer je bakterijama lako manipulirati. Uobičajene laboratorijske aplikacije koje često uključuju upotrebu E. coli, npr. za stvaranje rekombinantne deoksiribonukleinske kiseline (DNK) ili za djelovanje kao model organizma.
E. coli je veoma svestran domaćin za proizvodnju heterolognih proteina, a dostupni su i višestruki sistemi ekspresije proteina za proizvodnju rekombinantnih proteina u E. coli. Koristeći plazmide koji omogućavaju visok nivo ekspresije proteina, geni se mogu uneti u bakterije, što omogućava proizvodnju takvih proteina u velikim količinama u procesima industrijske fermentacije.
E.coli se koriste kao tvornice ćelija za proizvodnju inzulina. Dalje primjene uključuju korištenje modificiranih ćelija E. coli za razvoj i proizvodnju vakcina i imobiliziranih enzima, za proizvodnju biogoriva, kao i za bioremedijaciju.
Soj K-12 je mutantni oblik E. coli koji prekomjerno eksprimira enzim alkalnu fosfatazu (ALP). Ova mutacija nastaje zbog defekta u genu koji konstantno kodira enzim. Ako gen proizvodi proizvod bez ikakve inhibicije, to je poznato kao konstitutivna aktivnost. Ovaj specifični mutantni oblik se koristi za izolaciju i pročišćavanje ALP enzima.
Bakterije E. coli se također široko koriste kao tvornice ćelija. Konstruisani mikrobi (npr. bakterije) i biljne ćelije mogu se koristiti kao takozvane tvornice ćelija. Ove genetski modifikovane ćelije proizvode molekule, hemikalije, polimere, proteine i druge supstance, koje se koriste na primer u farmaceutskoj, prehrambenoj i hemijskoj industriji. Kako bi se oslobodili molekuli proizvedeni u unutrašnjosti takvih bioinženjerskih ćelija, ultrazvučna liza je uobičajena metoda za razbijanje staničnih zidova i prijenos ciljnih tvari u okolnu tekućinu. Pročitajte više o lizi bioinženjerskih ćelija!
Ultrazvučno DNK smicanje
Ultrazvučne sile smicanja su uobičajena metoda za oslobađanje molekula, organela i proteina iz unutrašnjosti ćelije, kao i za razbijanje lanaca DNK na komadiće. Akustična kavitacija razbija ćelijske zidove i membrane kako bi izvukla DNK iz ćelija i stvorila fragmente od oko 600 – 800 bp dužine, što je idealno za analizu.
Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnim homogenizatorima za fragmentaciju DNK!
Literatura? Reference
- Azarnezhad A., Sharifi Z., Seyedabadi R., Hosseini A., Johari B., Sobhani Fard M. (2016): Cloning and Expression of Soluble Recombinant HIV-1 CRF35 Protease-HP Thioredoxin Fusion Protein. Avicenna J Med Biotechnol. 8(4), 2016. 175–181.
- Jiang X., Wang J., Chang H.; Zhou Y. (2016): Recombinant expression, purification and crystallographic studies of the mature form of human mitochondrial aspartate aminotransferase. BioScience Trends 2016.
- Müller A., Eller J., Albrecht F., Prochnow P., Kuhlmann K., Bandow J.E., Slusarenko A.J., Leichert L.I.O. (2016): Allicin Induces Thiol Stress in Bacteria through S-Allylmercapto Modification of Protein Cysteines. Journal of Biological Chemistry Vol. 291, No. 22, 2016. 11477–11490.
- Rabausch U., Juergensen J., Ilmberger N., Böhnke S., Fischer S., Schubach B., Schulte M., Streit W. R. (2013): Functional Screening of Metagenome and Genome Libraries for Detection of Novel Flavonoid-Modifying Enzymes. Applied and Environmental Microbiology 79(15), 2013. 4551–4563.
- Sauer M. (2014): MTV1 Pull-down Assay in Arabidopsis. bio-protocol Vol 4, Iss 12, Jun 20, 2014.
- Waldminghaus T., Skarstad K. (2010): ChIP on Chip: surprising results are often artifacts. BMC Genomics 11, 2010. 414.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.