海洋环境是生物产生新型生物活性化合物和有趣蛋白质的来源。海洋细菌引起了人们的广泛关注,但近年来随着对海洋真菌的分离和收集的增加,人们对海洋真菌的兴趣也有所增长。筛选新化合物通常涉及在有限条件下培养的大量生物,或在包括胁迫在内的更广泛条件下培养的几种生物。微量滴定板和相关自动化工具的开发极大地促进了单细胞酵母和细菌生长动力学数据的获取。微量滴定板中的生长通常以光密度测量。微量滴定板很少用于获得丝状真菌的动力学数据,丝状真菌可能无法在孔中均匀生长。丝状真菌生长为分支菌丝体,分裂时无细胞分离。不过有研究人员证明光密度为真菌作为分散菌丝生长的菌株提供了一种有意义的生长测量方法。通过在测量中增加均化步骤,扩大了光密度的使用范围,以监测丝状真菌的生长,并指出碎裂程度会影响光密度与细胞干生物量之间的关系。相关发现,在评估许多海洋真菌的生长时,光密度测量比显微镜方法更实用。
本论文研究人员使用Bioscreen C全自动生长曲线分析仪中100孔蜂窝平板培养和在自动培养箱中对96孔酶标板培养进行比较,以评估从海洋环境中分离出的几种丝状真菌在四种潜在碳源(葡萄糖,木糖,半乳糖和甘油)上的生长。该研究将为菌株评估提供一致的动力学增长数据,该数据可用于指导目标菌株的工艺放大。
Bioscreen全自动生长曲线分析仪的应用
使用Bioscreen C全自动生长曲线分析仪对真菌微生物进行培养,在含有290μl培养基的100孔蜂窝板2板(孔深14 mm,孔直径顶部7 mm)中进行培养。以10μl微生物为接种物,为孢子形成菌株提供的最终分生孢子浓度为每毫升1至6 x 10 4分生孢子。P.chrysogenum KF657是一个例外,每毫升接种4 x 105分生孢子。将A.cruciatus LF680菌丝匀浆稀释15倍于水,10μl作为接种物。以冰冻菌丝悬液接种varia KF560。接种前将冷冻悬浮液稀释30倍,将转移的甘油减少到0.22 g-1,接种物中的葡萄糖和蛋白胨对培养井的贡献小于22 mg-1。将100孔蜂窝板在24°C下以中等速度和最大振幅(频率为10 Hz,以线性提供600 rpm转速而不是轨道运动)连续摇动孵育。每隔30分钟在600 nm处测量光密度(OD)长达10天。
实验结果:八种海洋真菌的能够在BioScreen C全自动生长曲线分析仪或自动化培养箱中的四种底物上生长。研究发现海洋真菌菌株在Bioscreen C全自动生长曲线分析仪比在自动化培养箱生长得更好,复制也更相似。自动化培养箱中复制品之间的高度差异意味着通常只能(统计上)区分生长与不生长之间的差异,而无法区分菌株在木糖,葡萄糖或半乳糖上是否生长得更好。由于复制品在Bioscreen C全自动生长曲线分析仪中比在自动化培养箱中显示出更少的变异,湿度控制和摇动的差异可能是造成Bioscreen C全自动生长曲线分析仪和自动化培养箱生长差异的原因。与Bioscreen C中相比,在自动化培养箱中使用的96孔标准酶标板中生长时,菌丝体更可能聚集为沉淀物。在自动化培养箱中使用的96孔酶标板中培养物的大误差条(相对标准误差为10–30%,有时更高)中可以看到重复之间的差异。相比之下,Bioscreen C全自动生长曲线分析仪使用的100孔蜂窝平板的生长大部分分散,各孔之间具有良好的重现性。自动化培养箱中使用的96孔酶标板中培养物还受到96孔板盖子上的凝结的影响,并从板边缘的孔中蒸发出液体,导致在96孔酶标板的孔边缘产生了比实际更高OD值,特别是在使用固定相培养基的环境下。在所有条件下,所有菌株均观察到较长的滞后阶段(30–100小时),通常在自动化培养箱中的培养要比在Bioscreen C中更长。
图1、接种物中甘油和分生孢子浓度的对比生长速率,最大OD和近似滞后时间的测量的影响。产黄青霉LF654菌丝体在Bioscreen C的100孔板中以300μL培养液在pH值为4.25的缓冲液中(带有实心符号)或不添加(空心符号)葡萄糖(2 g L-1)的缓冲液中生长。
图2、A)P.chrysogenum KF657,B)D.salina LF304,C)H.varia KF560,D)A.cruciatus LF680,E)Tritiracium sp.。LF562,F)P.pinophilum LF458,G)M.brevicaulis LF580和H)Calcarisporiumsp.KF525的光密度值。菌丝体在pH值为4.25的特定培养基中生长,其中葡萄糖(红色),木糖(蓝色),半乳糖(青色)或甘油(绿色)作为碳源,或在100孔中300μl培养物中不添加碳源(灰色)Bioscreen C(1)中的微孔板或自动化培养箱(2)中96孔板(酶标板)中的150μl培养物。
图3.P.chrysogenum KF657的光密度。在以葡萄糖,木糖,半乳糖或甘油为碳源,在pH 4.25缓冲的特定培养基中生长的,在自动化培养箱的96孔酶标板中以150μl培养物(在大图中)或在Bioscreen C全自动生长曲线分析仪的100孔板中以300μl体积的培养物(小图)。96孔板中的边缘孔(灰色)分别表示为P1 S2,P1 S3,P1 S5和P1 S4,以及100孔板中的111、112、141和131孔。
图4、在微量滴定板上培养的海洋真菌的最大OD值
图5、在微量滴定板上培养的海洋真菌的比生长率(h-1)。
总结:本论文使用Bioscreen C全自动生长曲线分析仪中100孔蜂窝平板培养和在自动化培养箱中对96孔酶标板培养进行比较,以评估从海洋环境中分离出的几种丝状真菌在四种潜在碳源(葡萄糖,木糖,半乳糖和甘油)上的生长。各种海洋真菌可产生有趣的生物活性化合物,但要扩大这些化合物的产量可能具有挑战性,特别是因为通常对生产生物体如何生长知之甚少。研究人员评估了使用了Bioscreen C全自动生长曲线分析仪的100孔蜂窝板或自动化培养箱和96孔酶标板板对8种丝状海洋真菌,6种孢子形成和2种非孢子形成的适宜性进行培养研究,高通量获取生长和底物(葡萄糖、木糖、半乳糖或甘油)利用的数据。在这两个培养系统中,所有八种真菌均能生长,但与Bioscreen全自动生长曲线分析仪测试的数据相比,自动化培养箱获得的数据生长更易变,且噪声更大。而在Bioscreen C中生长的菌株的特定生长率在0.01(不添加底物)到0.07 h-1之间,在自动化培养箱中的96孔板中(常规酶标板)生长的菌株在0.01到0.27 h-1之间。Bioscreen C全自动生长曲线分析仪和自动化培养箱这两个系统都可以提供丝状真菌的生理数,但是,由于来自动化培养箱中的96孔板中(常规酶标板)的数据中存在噪音,从自动化培养箱中的96孔板中(常规酶标板)获得的数据只能用于区分支持或不支持生长的底物,而Bioscreen C全自动生长曲线分析仪得到的数据还提供了有关底物偏好的信息。
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