Automatischer Transfer von Bakterienkolonien
Automatisierte Selektion und Isolierung von Bakterienkolonien mit dem ALS CellCelector™ für die biotechnologische und pharmazeutische Forschung
Bakterien sind industriell nutzbar für die Produktion einer Anzahl von Enzymen und organischer Moleküle wie Alkohol. Außerdem besteht ein großes Interesse an der Entwicklung bakterieller Wirtssysteme für die Produktion von Antikörpern und anderer pharmazeutischer Produkte, um im Vergleich zu den vorrangig genutzten Wirtssystemen mit Säugerzellen die Ausbeuten zu erhöhen und die Kosten zu senken.
Für die letztgenannte Anwendung wird das Gen für das gewünschte Produkt in ein Plasmid eingeführt, welches dann für die Transformation von Bakterien genutzt wird. Jedoch enthalten nicht alle in die Bakterien transformierten Plasmide das gewünschte Gen, weshalb eine Identifikation der Bakterien mit gentragendem Plasmid notwendig ist. Eine weitverbreitete Methode dafür ist das Blau-Weiß-Screening. Dabei erscheinen Bakterien mit dem gentragenden Plasmid weiß, während alle Bakterien ohne das gentragenden Plasmid blau erscheinen, was eine einfache Detektion der positiven Bakterien ermöglicht.
Um einen hohen Durchsatz und optimale Ausbeuten zu erreichen ist eine Automatisierung des Produktionsprozesses von großem Interesse. Der CellCelector™ kann die Selektion und Isolation positiver Bakterienkolonien für weitere Evaluierungen und eine nachfolgende Verarbeitung automatisieren.
Arbeitsablauf der Isolierung von Bakterienkolonien
Schritt 1: Scan und Bildgebung
Scanprozess
Petrischale mit Bakterienkolonien auf dem motorisierten Mikroskopiertisch (A);
Übersichtsbild nach dem Scan (B);
Vergrößerter Bereich im Fluoreszenzlicht (C).
Schritt 2: Detektion der Zielkolonien
Koloniedetektion durch die Definierung von Grauwerten
Grafische Ansicht der Grauwerte (A) des Referenzbildes (C). Durch das Bewegen der oberen (blau) und unteren (rot) Grenze wird ein Bereich an Grauwerten (grüner Balken) definiert und für die Detektion benutzt. Detektierte Kolonien im Referenzbild (D); Detektierte Kolonien im Gesamtbild (Übersichtsbild B).
Schritt 3: Automatisiertes Picken von Bakterienkolonien
Pickmodul für halbfeste Medien - entwickelt für das Picken von Zellkolonien aus halbfestem (z.B. Methylzellulose) und festem Medium (z.B. Agar).
Das Pickmodul direkt nach der Aufnahme einer frischen Spitze (links);
Das Pickmodul während eines Pickprozesses in einer mit Fluoreszenz belichteten Agarplatte mit Deinococcus-Kolonien (rechts).
Schritt 4: Dokumentation
Dokumentation der Isolierung von Deinococcus-Kolonien aus einer Agarplatte. Gezeigt ist der Ausschnitt einer Agarplatte vor (links) und nach (rechts) dem Isolationsprozess.
Anwendungsbeispiel: Präzise Isolierung von
Deinococcus-Kolonien aus Agarplatten
Deinococcus ist ein Bakteriengenus mit einer hohen Resistenz gegenüber Stress (Bestrahlung, Oxidation, Hitze, Trockenheit, Kälte, Lösungsmittel, Basen, Säuren, Alkohol etc.). Hinzu kommt, dass das Bakterium eine kurze Generationszeit (zirka 80 Minuten) aufweist und die Fähigkeit besitzt, eine Vielzahl verschiedener Zucker, Aminosäuren und organischer Säuren als Kohlenhydratquelle für den Katabolismus zu nutzen, wodurch es für industrielle Zwecke interessant wird. Außerdem können Deinococcus Zellen große DNA-Fragmente stabil aus Bakterien, Pilzen und Pflanzen aufnehmen und integrieren, wodurch sie fähig sind, hochkomplexe Verbindungen wie Carotinoide, Enzyme und Antibiotika zu produzieren.
Zusammenfassung eines Pickexperiments mit Deinococcus-Kolonien aus Agarplatten
Als Beispiel wurden die Bilder von 5 Kolonien ausgewählt, (mit den IDs 24, 119, 111, 57 und 53). Gezeigt sind die Kolonien vor und nach dem Picken, die Kolonien in der Zielplatte und die Position der Kolonien in der Herkunftsplatte.
Die Bilder von vor und nach dem Picken, wie auch das Übersichtsbild der gesamten Petrischale wurden automatisch mit dem CellCelector™ aufgenommen und gespeichert. Die Kolonie mit der ID 24 ist fluoreszierend.
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