Oliveira, Rui Pedro Soares de

Universidade do Minho: RepositoriUM

Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009: protocolos das aulas práticas

      Departamento de Biologia Mestrado em Bioempreendedorismo e Biotecnologia  de PAM        Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009  Protocolos das aulas práticas  Docente: Rui Oliveira  Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     2 Construção de um plasmídeo com o gene da GFP sob regulação do promotor da catalase  Ligação 1. Num microtubo fazer a seguinte mistura: plasmídeo digerido 9,5µl DNA “insert” 9,5µl tampão de ligação (10x) 2,5µl T4 DNA ligase (1U/µl) 1µl água ultrapura 2,5µl 2. Incubar durante a noite a 16°C. Guardar a 4°C 3. Usar 2µl da mistura de ligação para transformar E. coli (ver protocolo abaixo) e espalhar em placas de LBamp diferentes diluições da suspensão celular Referências • Sambrook J, Fritsch EF, and Maniatis T. 1989. Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press. New York • Ausubel FM, Brent R, Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith JA and Struhl K. Eds. 1995. Current Protocols in Molecular Biology. John Wiley & Sons, Inc., Chichester, NY, Brisbane, Toronto, Singapore Meios de cultura e soluções Consultar as fichas técnicas do fabricante das enzimas.  Purificação de plasmídeo de Escherichia coli 1 - Inocular 2ml de meio LBamp com uma colónia da estirpe bacteriana. Incubar a 37°C com agitação forte (~200r.p.m.) durante a noite 2 - Transferir 1,5ml da cultura para um microtubo e centrifugar a 12000g, 30seg a 4°C numa microcentrífuga 3 - Remover o sobrenadante por aspiração, deixando o sedimento o mais seco  possível 4 - Ressuspender o sedimento em 100µl de solução I a 4ºC. Agitar bem em vortex  para completa dispersão do sedimento 5 - Adicionar 200µl de solução II. Misturar por inversão rápida do microtubo cinco  vezes (não usar o vortex), assegurando-se que toda a superfície interna do  microtubo tenha entrado em contacto com a solução. Colocar o microtubo em gelo 6 - Adicionar 150µl de solução III. Misturar mantendo o microtubo invertido e  agitando lentamente com movimentos circulares durante ~10seg Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     3 7 - Centrifugar a 12000g, 5min a 4°C numa microcentrífuga. Transferir o sobrenadante  para um novo microtubo 8 - Precipitar o DNA com 2 volumes de etanol absoluto à temperatura ambiente.  Misturar no vortex e incubar 2min à mesma temperatura 9 - Centrifugar a 12000g, 5min a 4°C numa microcentrífuga 10 - Aspirar lentamente o sobrenadante. Colocar o tubo em posição invertida sobre  papel absorvente. Remover gotas de sobrenadante que tenham ficado aderidas  às paredes do microtubo 11 - Lavar o sedimento de DNA com 1ml de etanol 70% a 4°C. Repetir o passo 10.  Deixar o sedimento secar ao ar durante ~10min 12 - Dissolver o DNA em 50µl de tampão TE (contendo RNAase A 20µg/ml),  misturando brevemente em vortex. Armazenar o DNA a 4°C Referências • Sambrook J, Fritsch EF, and Maniatis T. 1989. Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press. New York • Ausubel FM, Brent R, Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith JA and Struhl K. Eds. 1995. Current Protocols in Molecular Biology. John Wiley & Sons, Inc., Chichester, NY, Brisbane, Toronto, Singapore Meios de cultura e soluções •Meio LB com ampicilina (LBamp)  triptona 1% (p/v)  extracto de levedura 0,5% (p/v)  NaCl 1% (p/v)  Ajustar pH 7,5 com NaOHaq  Autoclavar 20min, 120°C, 1bar  Antes de distribuir o meio pelas placas e quando estiver a uma temperatura de  50ºC-60ºC, adicionar ampicilina 100mg/ml em água ultra-pura esterilizada para uma concentração final de 100µg/ml •Solução I  Glucose 50mM tris.HCl 25mM, pH8,0  EDTA 10mM, pH8,0 •Solução II  NaOH 0,2N (diluído previamente dum "stock" 10N)  SDS 1%  Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     4 •Solução III  acetato de potássio 5M 60ml  ácido acético glacial 11,5ml  H2O (ultra-pura) 28,5ml •Tampão TE  Tris.HCl 10mM, pH8,0  EDTA 1mM, pH8,0  Digestão de DNA com enzimas de restrição 1. A um microtubo colocado no gelo adicionar: 0,2-1µg de DNA 2µl de tampão conveniente (10x conc.) água ultrapura esterilizada q.b.p. 19µl 2. Misturar suavemente agitando no vortex. Manter o microtubo no gelo 3. Adicionar 1µl da enzima de restrição e agitar novamente como em 1 4. Incubar a mistura à temperatura conveniente de acordo com a enzima (normalmente a 37ºC) durante ~1,5h 5. A reacção pode ser parada através da adição de EDTA 0,5M para uma concentração final de 10mM ou, no caso de se tratar duma enzima termolábil, através do aquecimento da mistura a 65ºC durante 10-15min 6. Analisar os produtos da reacção em electroforese em gel de agarose Referências • Sambrook J, Fritsch EF, and Maniatis T. 1989. Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press. New York • Ausubel FM, Brent R, Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith JA and Struhl K. Eds. 1995. Current Protocols in Molecular Biology. John Wiley & Sons, Inc., Chichester, NY, Brisbane, Toronto, Singapore Meios de cultura e soluções Consultar as fichas técnicas do fabricante das enzimas.  Transformação de Escherichia coli I) Preparação de células competentes 1. Inocular 50ml de meio LB (em Erlenmeyer de 250ml) com uma só colónia da estirpe de E. coli. Incubar durante a noite a 37°C, a 250rpm Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     5 2. Inocular 400ml de LB (em Erlenmeyer de 2000ml) com 4ml da cultura e incubar nas mesmas condições de temperatura e agitação até DO600=0,375 3. Transferir a cultura para 8 tubos de 50ml de polipropileno pré-arrefecidos e deixar no gelo durante 5-10min 4. Centrifugar a 1600g durante 7min, a 4°C 5. Ressuspender lentamente cada sedimento em 10ml de solução de CaCl2 gelada 6. Centrifugar a 1100g, 5min a 4°C 7. Ressuspender cada sedimento em 10ml de solução de CaCl2 gelada. Manter a suspensão em gelo durante 30min 8. Centrifugar a 1100g, 5min a 4°C 9. Ressuspender cada sedimento em 2ml de solução de CaCl2 10. Distribuir alíquotas de 250µl por microtubos esterilizados e arrefecidos 11. Congelar imediatamente a -70°C II) Transformação das células competentes 12. Descongelar uma alíquota de células competentes em banho de gelo e colocar 100µl num microtubo arrefecido. manter no gelo 13. Adicionar 10ng de DNA (10 a 25µl) e misturar com movimentos circulares da ponta da micropipeta. Manter em gelo durante 10min 14. Provocar um choque térmico às células, colocando o microtubo num banho a 42ºC e deixar durante 2min 15. Adicionar 1ml de meio LB. Incubar 60min, 37°C a 250rpm 16. Espalhar em placa de LB suplementado com o antibiótico apropriado (ampicilina). Incubar a 37°C durante 12 a 16 horas Fazer um controle com células competentes sem adição de DNA Eficiência esperada: 107-108 transformantes/µg pDNA Referências • Ausubel FM, Brent R, Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith JA and Struhl K. Eds. 1995. Current Protocols in Molecular Biology. John Wiley & Sons, Inc., Chichester, NY, Brisbane, Toronto, Singapore • Hanahan D, Jessee J, and Bloom R. 1995. Techniques for Transformation of E. coli. In: DNA Cloning 1, A Practical Approach. Core Techniques, 2nd Edition. Glover DM and Hames BD ed. IRL Press. Oxford, UK Meios de cultura e soluções •Meio LB ("Luria broth") triptona 1% (p/v) Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     6 extracto de levedura 0,5% (p/v) NaCl 1% (p/v) ajustar pH 7,5 com NaOHaq. autoclavar 20min, 120°C, 1bar •Solução de CaCl2 CaCl2 60mM glicerol 15% (p/v) •LB sólido com ampicilina meio LB agar 2% (p/v) autoclavar a 120°C, 1bar durante 20min Antes da distribuição pelas placas, adicionar ampicilina 100mg/ml esterilizada por filtração, para uma concentração final de 100µg/ml. Guardar as placas a 4°C.  Transformação de Saccharomyces cerevisiae 1. Inocular 5ml de meio YPD com uma só colónia da estirpe de levedura a ser  2. transformada. Incubar durante a noite a 30°C, 160rpm 3. Inocular 300ml de YPD em balão Erlenmeyer de 1000ml com a cultura de 5ml. Incubar a 30°C, 160rpm até DO600 entre 0,3 e 0,5 (~1x107células/ml) 4. Colher as células por centrifugação 5min a 4000g. Ressuspender em 10ml de água ultra pura e transferir para um tubo de centrífuga de polipropileno de 50ml 5. Centrifugar 5min a 6000g e rejeitar o sobrenadante 6. Ressuspender em 1,5ml de solução de lítio 7. Misturar 200µg de DNA "carrier" com 5µg de DNA para transformar num microtubo (o volume total de DNA não deverá exceder 20µl) 8. Adicionar 200µl da suspensão celular 9. Adicionar 1,2ml de solução de PEG e incubar com agitação a 30°C durante 30min 10. Provocar choque térmico de 42°C durante, exactamente, 15min 11. Centrifugar em microcentrífuga à máxima velocidade durante 5seg à temperatura ambiente 12. Ressuspender as células em 200µl de tampão TE e espalhar em placas contendo meio selectivo apropriado (YNBD com suplementos auxotróficos convenientes) Fazer controle com células sem adição de DNA. Eficiência esperada: 105-106 transformantes/µg pDNA.  Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     7 Referências • Ausubel FM, Brent R, Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith JA and Struhl K. Eds. 1995. Short Protocols in Molecular Biology. 3rd Ed. John Wiley & Sons, Inc., Chichester, NY, Brisbane, Toronto, Singapore Materiais biológicos • S. cerevisiae BY4741 (MATa; his3D1; leu2D0; met15D0; ura3D0) • Plasmídeo Pro41 • "Carrier" DNA: DNA de esperma de salmão Meios de cultura e soluções •YPD  Extracto de levedura 1% (p/v)  peptona 2% (p/v)  glucose 2% (p/v) •YNB (Yeast Nitrogen Base, Difco)  YNB 0,67% (p/v)  glucose 2% (p/v)  agar 2% (p/v)  suplementos auxotróficos 40mg/L  Preparar o YNB, glucose e suplementos auxotróficos em solução concentrada 10x e esterilizar por filtração. Adicionar ao agar mais água esterilizados por autoclavagem para fazer o volume total antes da distribuição pelas placas. •Solução de lítio:  Tampão TE, pH7,5 (10x) 1vol.  acetato de lítio (10x) 1vol.  água ultra-pura esterilizada 8vol   Tampão TE, pH7,5 (10X)    Tris.HCl 100mM, pH7,5    EDTA 10mM, pH7,5   Acetato de lítio (10x)    Acetato de lítio 1M, pH7,5 ajustado com ácido acético diluído    Esterilizar por filtração •Solução de PEG (polietilenolicol)  PEG 4000 ou 3500 (esterilizado por filtração) 50% (p/v) 8vol.  tampão TE, pH7,5 (10x) 1vol.  acetato de lítio (10x)  Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     8 •Tampão TE, pH7,5  Tris.HCl 10mM, pH7,5  EDTA 1mM, pH7,5  Indução da expressão da GFP sob regulação do promotor da catalase 1. Inocular 5ml de YNBDUra- em balão de 10ml ou tubo Falcon de 50ml com a estirpe de S. cerevisiae (BY4741) e incubar a 30ºC, 200rpm 2. Lavar as células dos pré-inóculos por centrifugação em tubos Falcon de 15ml e ressuspender em igual volume de água desionizada esterilizada. Após nova centrifugação, eliminar o sobrenadante e ressuspender as células em 5ml do meio de cultura indicado de acordo com a tabela seguinte:  Grupo Cultura 1 YNBMethUra- 2 YNBDUra-+H2O2 0,5mM 3 YNBDUra- (incubar a 39ºC) 4 YNBOlUra-  YNBDUra- (incubar a 30ºC)  3. Transferir as culturas para Erlenmeyers esterilizados de 50ml 4. Logo após a transferência das células (t0), retirar 15µl da cultura e colocar entre lâmina e lamela para observação por microscopia de fluorescência. Contar o número de células com fluorescência citoplasmática punctiforme (peroxissomas) 5. Incubar as culturas a 30ºC, 180 rpm 6. Repetir o procedimento ao fim de 6h (t6) Materiais • Material biológico: Saccharomyces cerevisiae estirpe BY4741 (MATa; his3D1; leu2D0; met15D0; ura3D0) • Plasmídeo: Pro41 (derivado do Pca41) Meios de cultura • YNBMethUra-: Yeast Nitrogen Base 0,67% (p/v), metanol 0,5% (v/v), L-leucina 40mg/L • YNBDUra- + H2O2 0,5mM: Yeast Nitrogen Base 0,67% (p/v), glucose 2% (p/v), L-leucina 40mg/L Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     9 • YNBDUra-: Yeast Nitrogen Base 0,67% (p/v), glucose 2% (p/v), L-leucina 40mg/L    Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     10 Expressão heteróloga de liticase  Indução da expressão e purificação 1. Inocular E. coli DH5α em meio LB-amp e incubar overnight 2. Fazer uma diluição de 1/1000 da cultura anterior em LB-amp e incubar até OD600 0,5 3. Adicionar IPTG para uma concentração final de 0,4mM 4. Incubar durante 5h a 37 ºC 5. Centrifugar 200 mL da cultura anterior e ressuspender as células com 200 mL de 25mM Tris pH=7,4 6. Centrifugar e desprezar sobrenadante 7. Adicionar 8 mL de Tris - EDTA e 8 mL de Tris – Sacarose 8. Agitar gentilmente por 20 min 9. Centrifugar e desprezar o sobrenadante 10. Adicionar 8 mL de 0,5mM MgSO4 e agitar gentilmente durante 20 min 11. Realizar uma nova centrifugação, transferir o sobrenadante para tubos eppendorf 12. Congelar rapidamente com azoto líquido e guardar a -80 ºC  Determinação da actividade da liticase 1. Inocular em meio YPD a estirpe BY4741 a 30 ºC até OD600 < 1 2. Centrifugar a cultura e lavar as células com água destilada 3. Desprezar o sobrenadante e ressuspender em 50mM Tris pH=7,4 para uma OD600=5 4. Fazer tampão fresco Tris – DTT 5. Fazer uma mistura para OD600 0,2 de: 10 mL de Tris DTT + 9,2 mL de H2O + 0,8 mL de células 6. Remover 1 mL da mistura anterior e definir OD600 obtido como ponto “zero” 7. Incubar, a 30 ºC e durante 30 min 1 mL da mesma mistura com volumes de liticase obtida anteriormente (2, 5, 10, 15, 20 e 25 µL) 8. Determinar a actividade (1 unidade de liticase = 10% de diminuição de OD600 após 30min a 30ºC) Meios de cultura e soluções • Meio LB ("Luria broth") o triptona 1% (p/v) o extracto de levedura 0,5% (p/v) o NaCl 1% (p/v) o ajustar pH 7,5 com NaOHaq. o autoclavar 20min, 120°C, 1bar • YPD o Extracto de levedura 1% (p/v)Mestrado em BBPAM                  Ferramentas de Engenharia Genética 2008/2009     11 o peptona 2% (p/v) o glucose 2% (p/v) • Tris-EDTA (25mM tris, 2mM EDTA) o Tris 50mM 25ml o EDTA 500mM 200µl o Água desionizada até 50ml • Tris-sacarose (25mM tris, 40% sacarose) o Tris 50mM 25ml o Sacarose 20g o Água desionizada até 50ml • Tris-DTT (100mM tris-HCl pH7,4, 1mM DTT) o Tris 1M 5ml o DTT 77mg o Água desionizada até 50ml 

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