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1. Der Peripheral Fringe von Bakterienkolonie <ol><li> Wachsen X. fastidiosa (Xf) Temecula Wildtyp 22, mutant Pilg Deletion Xf ΔpliG (unter Verwendung von zuvor beschriebenen Löschstrategie 23) und sein komplementäres XfΔpliG -C (unter Verwendung von zuvor Chromosoms basierte genetische Komplementierung Strategie 24 beschrieben) auf PD2 Medium Agarplatten 25 bei 28 ° C für 5-7 Tage. </li><li> Autoklav Cellophan (1 x 1 cm 2) in Wasser bei 121 ° C (249 ° F) für 15 min. Pick-up ein Stück Zellophan, lassen Sie das Wasser durch das Berühren einer Ecke Zellophan auf einem leeren Petrischale, legen sorgfältig das Zellophan über 15% der Agar-Oberfläche und der Luft trocknen. </li><li> Pick - up einzelne X. fastidiosa Kolonien mit sterilen Zahnstochern gerundet und Spot - Zellen aseptisch auf einem sterilisierten Blatt Cellophan auf die 15% der Agar - Oberfläche in den Agarplatten überlagert. Die Plattes bei 28 ° C für 2-3 Tage. </li><li> Überprüfen Sie die Rand Morphologie der Kolonien ein Binokular mit einem 2X Objektiv und einem 10fach Augenlinse verwendet wird. Fotografieren Sie das periphere Rand um Kolonien. </li></ol> 2. Mikroskopie und Mikrofluidik Strömungskammern <ol><li> Fabrizieren Mikrofluidik - Vorrichtungen unter Verwendung photolithographischer Verfahren ähnlich den zuvor beschriebenen 5,18. Entwerfen vier parallele Kanäle mit computergestützten Design - Software auf dem Master - Silizium - Wafer unter Verwendung von Standard - Lithographieverfahren 26. </li><li> Erstellen Sie die mikrofluidischen Kammern aus Silizium-Wafer-Master mit Polydimethylsiloxan (PDMS). Pour unpolymerisierten PDMS über dem Siliziumwafer Master und härten bei 60 ° C für 1 Stunde. Ziehen Sie die PDMS-Replik aus dem Wafer-Master und schneiden Sie die PDMS-Nachbildung mit einer Klinge in einem 22 mm x 40 mm als die gleiche Größe eines Deckglas ab. </li><li> Setzen Sie die PDMS - Replik, ein Deckglas (22 x 40 mm 2), und eine Microscope Schieber (51 x 76 mm 2) an der Luft - Plasma bei 30 W für 2 min 27. Sandwich der PDMS Körper zwischen dem Deckglas und dem Glasmikroskop des Mikro fluidischen Kammer zu bauen. </li><li> Bohren Sie ein Loch (5,5 mm Durchmesser) durch die PDMS an jedem Ende des gemusterten-Kanal. Schneiden Sie den Silikongummischlauch in 12-20 cm lang. Stecken Sie ein Ende des Silikongummischlauch (5,1 mm Außendurchmesser, 2,1 mm Innendurchmesser, 0,8 mm Wand) in jede Öffnung Ende der Kanäle des PDMS-Replik, und verschließen Sie diese mit unpolymerisierten PDMS bei 60 ° C für 1 Stunde. </li><li> Schließen Sie das andere Ende des Schlauchs am stacheligen Ende der Kunststoff-Luer-Anschlüsse. Wickeln der zusammengebauten mikrofluidischen Kammern mit der Aluminiumfolie und autoklaviert werden sie für 20 min. </li><li> Sammeln Bakterienzellen von X. fastidiosa Wildtyp, Mutante Xf ΔpliG und komplementäre XfΔpliG -C über Schaben, Einweg - Impf mit Loops aus PD2 Mediumplatten. Passen Sie die Zelldichtezu einer optischen Dichte von 0,05 in PD2 Brühe bei 600 nm wie zuvor beschrieben 23. Sammeln Sie die Bakterienzelllösung in eine 1 ml Spritze Gasdichte. </li><li> Montieren Sie die Mikrofluidik-Vorrichtung auf einem inversen Mikroskop Bühne. Schließen Sie ein Einlassrohr zum 5 ml Gasdichte Spritze mit PD2 Brühe. Den 5 ml Spritze Gasdichte mit den Spritzenpumpen. </li><li> Verbinden Sie den Abflussrohr in einen Abfallbehälter. Pflegen eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit von 0,2 &amp; mgr; l min -1 für 30 min zur Stabilisierung des Systems. </li><li> Verbinden Seiteneinlaßrohre an eine 1 ml Spritze, die die Gasdichte Bakterienzelllösung enthält. Spülen Sie die bakterielle Zelllösung durch den Gummischlauch, bis der Kanal erreicht ist. Pflegen Sie eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit von 0,2 &amp; mgr; l min -1 für weitere 30 Minuten , um ungebundene Zellen aus der Kammer vor der Bildaufnahme zu spülen. </li><li> Bringen Sie den Mikroskop Verschluss unter dem Feld angepasst Teil des Mikroskops das Licht zu steuern. Schließen Sie den Verschluss auf den Auslöser control System und eine Verbindung mit dem Computer das Rolltor-Steuerungssystems. </li><li> Montieren Sie eine Digitalkamera an den Videoanschluss des Mikroskops und verbinden Sie es mit dem Computer. Führen Sie die Zeitraffer-Aufnahme-Software, wählen Sie die &quot;Shutter&quot; Funktion aus dem Menü, und erkennen automatisch die installierte Shutter als Standard in der Software-Verbindungen mit dem Verschluss mit der Software zu etablieren. </li><li> Wählen Sie die &quot;Digitalkamera&quot; Funktion aus dem Menü des Zeitraffer-Aufnahme-Software, um automatisch die Digitalkamera als Standard-Capture-Gerät in der Software erkennen und die Kommunikation mit der Digitalkamera mit der Software. </li><li> Suchen Sie die Bakterienzellen in einem der Kanäle 20x Phasenkontrast-Optik verwenden, schalten dann auf die 40-fach Objektivlinse vor der Bilderfassung. </li><li> Führen Sie die Zeitraffer-Aufnahme-Software, wählen Sie die &quot;Bildaufnahme&quot; -Funktion Standardparameter aus dem Menü die Bilder aus dem Mikroskop zu erwerben.Dann öffnen Sie den &quot;Acquire Zeitraffer-Funktion&quot; und auf 30 sec 5,18,28 für die Dauer von 6-24 Stunden , je nach Experiment benötigt Zucken Motilität von X. das Zeitintervall zu beobachten fastidiosa 5,18,28. Klicken Sie auf &quot;OK&quot;, um die Zeitraffer-Aufnahme zu starten. Klicken Sie auf &quot;Stapelfunktion&quot; aus dem Menü wählen Sie &quot;Speichern unter&quot; die Bilder im Zielordner auf dem Computer zu stapeln, nachdem die Aufnahme wird beendet. </li><li> Für mehrere Kanäle, Zeitraffer-Bilder aus dem ersten Kanal erfassen alle 30 Sekunden für 6 Stunden. Bewegen der Objektivlinse des Mikroskops auf den nächsten Kanal der Zielzellen zu lokalisieren. Wiederholen Sie die Zeitraffer-Funktion wie oben beschrieben, Bilder in jedem der vier Kanäle sequentiell zu erfassen, wenn Experiment wird bis zu vier Kanäle nutzen. Fortsetzung der Zeitraffer-Bildaufnahme für so lange wie drei aufeinander folgenden Tagen. Alle Experimente wurden bei Raumtemperatur (23 ± 2 ° C) durchgeführt. </li><li> Stellen Sie die Zeitraffer-Bilder in einVideodatei die Zeitrafferaufnahme Imaging-Software. Führen Sie Zeitraffer-Aufnahme-Software, klicken Sie auf &quot;Stapelfunktion&quot; aus dem Menü, und wählen Sie &quot;Open-Stack-Funktion&quot;, um die gestapelten Dateien vom Computer öffnen. </li><li> Starten Sie den &quot;Make Movie&quot; Funktion aus dem Stack-Modul, alle Bilder auswählen und das &quot;AVI&quot; Ausgabeformat auswählen. Klicken Sie auf &quot;Speichern unter&quot; auf dem Computer die Videodatei im Zielordner zu speichern. </li><li> Wählen Sie die kompilierten Filme aus dem Zielordner auf dem Computer und spielen sie. Dann beobachten die Beweglichkeit der einzelnen Zellen durch die resultierende Visualisierung der Zucken Motilität Aktivität von Bakterienzellen in den erzeugten Videodateien. </li></ol>

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Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.

In dieser Studie charakterisierten wir das Bewegungsverhalten von X. fastidiosa Pilg Mutante Xf ΔpilG und seinen komplementären XfΔpilG- C - Stämme in neu mehrere parallel-Nano-Kanal Mikro fluidischen Kammern ausgelegt. Die neu entwickelten Mikro fluidischen Kammern können bis zu vier parallelen Kammern haben mit 100 &amp; mgr; m Nanokanal in der Breite im Vergleich zu früheren Konstruktionen mit nur einem einzigen 50 &amp; mgr; m breiten Kanal 18. Die verbes...

Xylella fastidiosa ist ein Gram-negative nicht gegeißelt, pathogene Bakterium , das eine Reihe von wirtschaftlich wichtigen Pflanzenkrankheiten verursacht, einschließlich Pierce-Krankheit in Weinrebe (Vitis vinifera L.) 1,2, 3. Dieses Bakterium ist begrenzt auf den wasserführenden Xylem Schiffe. Die Infektion der Weinrebe bewirkt , dass die Blockade der Xylemgefäße und führt zu Wasserstress und Mangelernährung 3. Erfolgreiche Besiedelung hängt von der Fähigkeit des Bakteriums von der anfänglichen Stelle der Infektion mit dem Rest der Anlage 3 zu bewegen. Zucken Motilität ist ein Mittel der Flagellen-unabhängige Bakterien Bewegung durch die Erweiterung, Anhaftung und das Zurückziehen des polaren Typ IV - Pili 4 , die in X charakterisiert wurde fastidiosa 5,6,7. Die Zuckungen Motilität wurde durch Laser - Pinzette und Rasterkraftmikroskopie (AFM) 8,9,10 beobachtet. Unter Verwendung dieser Techniken twitching Motilitäten von Typ - IV - Pili von N. erzeugt gonorrhoeae und P. aeruginosa wurden durch fl uorescently Kennzeichnung Pili charakterisiert und ihre Bewegungen mikroskopisch zu erfassen. Obwohl beide Verfahren die Haftkraft der einzelnen Bakterien detailliert sind, sind die Verfahren kompliziert und zeitraubend 9,10. Die Mikro fluidischen Kammern wurden verwendet , 5,6 Fern Migration von einzelnen Zellen sowie kleine Aggregate von Bakterienzellen zu beobachten. Diese Kammern wurden als mikrostrukturierte -Nano-Kanal in einer Platte gestaltet , integriert mit einem Zeitraffer-Bildaufnahmesystem 11,12,13,14. Micro fluidischen Kammer Geräte mehrere Vorteile für die Untersuchung der Bewegungsverhalten und Zell-Zell-Wechselwirkungen von Bakterien bieten: (i) es stellt eine integrierte Plattform mit Mehrkanal-Fähigkeiten; (Ii) kann es die Bewegungen und Aggregationen von einzelnen Zellen in den nanoskaligen Eigenschaften von Bakterien zu untersuchen; (Iii) es erlaubt die direkte microscopic Bildaufzeichnung von Bakterienzellen und Zeitraffer-Analyse, (iv) es bietet langfristige räumliche und zeitliche Beobachtungen einzelner und / oder Populationen von Bakterien in einer Mikro-Umgebung; (V) die Strömungsgeschwindigkeit des Kulturmediums in einen Kanal genau gesteuert werden kann, und (vi) nur ein sehr kleines Volumen (1 ml) des Kulturmediums wird für jedes Experiment erforderlich. Vor kurzem hat die Mikro fluidischen Strömungssystem wurde das Verhalten von Bakterienzellen unter verschiedenen Mikroumgebungen 14,15,16 zu untersuchen , beschäftigt. Die Haftfestigkeit und die Oberflächenbefestigung von E. coli 15, X. fastidiosa 16 und Acidovorax citrulli 14 auf Glasoberflächen wurden unter Verwendung von Mikro fluidischen Kammern beurteilt. Die Aggregation und Biofilm - Bildung durch Typ IV - Pili von Acidovorax citrulli vermittelt wurden 14 analysiert. Ferner kann die Bewegung der A. citrulli beobachtet unter fl ow cie Bedingungen gezeigt , dass der Typ IV - Pili eine wichtige Rolle bei der Besiedlung spielen kann und von A. verbreiten citrulli in Xylemgefäße unter dem Splint fl ow Bedingungen. Die Zuckungen Motilitäten von Pseudomonas aeruginosa und X. fastidiosa Zellen wurden gegen einen Flüssigkeitsstrom in einer mikrofabrizierten Strömungskammer 5,6,17 erfolgreich beobachtet. Typ - IV - Pili - defizienten pilB und pilQ Mutanten von X. fastidiosa wurden 5,6,18 die Geschwindigkeit der Zucken Motilität unter den Strömungsbedingungen in Mikro fluidischen Geräten zu tiefgreifend verändern gefunden. Die Studien , die auf bakterielle Adhäsion und Motilität in Mikro fluidischen Vorrichtungen zeigten , dass die Mikro fluidischen Kammern sind besonders geeignet für die Analyse der Zuckungen Motilität und Migration von Pili-vermittelten Bakterien in vitro. Diese Ergebnisse erklären die Zuckungen-vermittelte Migration Mechanismus, der Zell-Zell-Bindung erleichtert, Aggregation und Kolonisierung innerhalbder Wirt, führen schließlich zu einer systemischen Infektion. Pil-CHP - Operon von X. fastidiosa enthält Pilg, Pili, pilJ, pille, chpB und KWKK die Transduktion kodieren Signal 20 Pfade. Die Transchemorezeptoren binden chemische Reize in den periplasmatischen Domäne und aktivieren eine Signalkaskade in ihrem Cytoplasma-Teil, um schließlich bakterielle Zucken Motilität kontrollieren. Im Pil-CHP - Operon von X. fastidiosa, ein Phospho-Shuttle - Protein Pilg ist ein Homolog zu CheY. In E. coli und P. aeruginosa, ist CheY die Antwortregulator in Chemotaxis - Systeme , die 19, 21 mit den Geißeln Motorproteine ​​interagieren. Obwohl die Beiträge des Pil-Chp Operon zu Virulenz in X. fastidiosa wurden kürzlich 20, die Rolle der Pilg in Chemotaxis - Operon in Reaktion auf die Umgebungssignale und geregelt / Motor Typ IV - Pili von X. sucht fastidiosa ist unclear. Um die Einsicht der Chemotaxis Regler Pilg in der Aktivität der Zucken Motilität von X. aufzuklären fastidiosa, einem Mikro fluidischen Kammer verwendet , um die Zuckungen Motilität von X. zu beurteilen fastidiosa. Die Pilg von X. fastidiosa wird durch den Vergleich der Phänotypen einer Deletionsmutante Xf ΔpliG, komplementären Stamm XfΔpliG -C und ihrem Wildtyp in vitro charakterisiert. Die Ergebnisse unterstreichen die Rolle der Pilg im Zucken Motilität von X. fastidiosa.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Biology materials&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;X. fastidiosa (Xf)&lt;/em&gt; Temecula wild type</td><td></td><td></td><td>Costa, H. S., &lt;em&gt;et al.&lt;/em&gt;, 2004 &lt;sup&gt;22&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;pilG&lt;/em&gt; deletion mutant &lt;em&gt;Xf&amp;Delta;pliG&lt;/em&gt;</td><td></td><td></td><td>Shi, X. Y., &lt;em&gt;et al.&lt;/em&gt;, 2007 &lt;sup&gt;26&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;pilG&lt;/em&gt; complementary strain &lt;em&gt;Xf&amp;Delta;pliG&lt;/em&gt;-C&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>Davis, M. J., &lt;em&gt;et al.&lt;/em&gt; 1998 &lt;sup&gt;23&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Physical materials and equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Disposable inoculating loops</td><td>VWR international, Radnor, PA</td><td>#22-363-607</td><td>quantitative procedures such as bacterial collection</td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning Corporation</td><td>#0002709226</td><td>Sylgard 184 silicone Elastomeric Kits</td></tr><tr><td>AmScope MD2000 digital camera</td><td>AmScope, Irvine, CA</td><td>SE305R-AZ-E</td><td>Image, video recording and measurement&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Tubes line</td><td>Edgewood, NY</td><td>#T4300</td><td>Connected to the syringe and microfluidic chamber</td></tr><tr><td>Plastic luer connectors</td><td>Edgewood, NY</td><td></td><td>Connected to the syringe and microfluidic chamber</td></tr><tr><td>Syringe pumps</td><td>Pico Plus, Harvard Apparatus, MA</td><td>#702209</td><td>The flow rate can be adjusted while the pump is running.</td></tr><tr><td>Syringes</td><td>Gastight, Hemilton Company, Reno, NV</td><td>#1005</td><td>Provide the flowing broth</td></tr><tr><td>Inverted Olympus IMT-2 microscope</td><td>Olympus</td><td>IMT-2 FLuoro PHase</td><td>Image observation and recording</td></tr><tr><td>SPOT-RT digital camera</td><td>Diagnostic Instruments, Inc., MI</td><td>RT230</td><td>Image, video recording and measurement</td></tr><tr><td>Microscope Shutter</td><td>The &lt;em&gt;UNIBLITZ, US&lt;/em&gt;</td><td>#LS2T2</td><td>Control camera&amp;rsquo;s exposure time</td></tr><tr><td>Microscope Shutter Control system</td><td>The &lt;em&gt;UNIBLITZ, US&lt;/em&gt;</td><td>VCM-D1</td><td>VCM-D1 Single Channel CE/UL/CSA Approved Shutter Driver</td></tr><tr><td>MetaMorph Image software</td><td>Universal Imaging Corp., PA</td><td></td><td>Real-time super-resolution image processing&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

visualization of twitching motility and characterization of the role of the pilg in xylella fastidiosa

Xylella fastidiosa ist ein Gram-negative nicht-flagellated Bakterium , das eine Reihe von wirtschaftlich bedeutenden Pflanzenkrankheiten verursacht. Die Zuckungen Motilität bietet X. fastidiosa ein Mittel für den Ferninnerbetrieblichen Bewegung und Kolonisation, einen Beitrag zu Pathogenität in X. fastidiosa. Die Zuckungen Motilität von X. fastidiosa wird von Typ IV - Pili betrieben. Typ IV - Pili von Xylella fastidiosa werden durch Pilg geregelt, einem Chemotaxis - Regler in Pil-Chp Operon für Proteine ​​kodiert , die mit Signaltransduktionswege beteiligt sind. Um die Rolle von Pilg im Zucken Motilität von X. aufzuklären fastidiosa, ein Pilg defizienten Mutante Xf ΔpilG und seinen komplementären Stamm XfΔpilG- C enthält nativen Pilg entwickelt. Ein mikrofluidischen Kammern mit einem Zeitraffer-Bildaufnahmesystem integriert wurde verwendet , Zucken Motilität in XfΔp zu beobachtenILG, XfΔpilG- C und seine Wildtyp - Stamm. Unter Verwendung dieses Aufzeichnungssystem ermöglicht es langfristige räumliche und zeitliche Beobachtungen der Aggregation, Migration einzelner Zellen und Populationen von Bakterien über Zucken Motilität. X. fastidiosa Wildtyp und komplementäre XfΔpilG- C - Stamm zeigte typische Zucken Motilität Eigenschaften direkt in den mikrofluidischen Strömungskammern beobachtet, während Mutante XfΔpliG die Zuckungen defizienten Phänotyp aufwiesen. Diese Studie zeigt , dass Pilg zur twitching Motilität von X. trägt fastidiosa. Die mikrofluidischen Strömungskammer für das Beobachten twitching Motilität als Mittel verwendet.

Das Vorhandensein einer peripheren Kolonie fringe indikativ für Typ IV - Pilus-vermittelten twitching Motilität wurde in den Kolonien von X. beobachtet fastidiosa Wildtyp und komplementäre Xf ΔpliG -C Stamm (Abbildung 1). Mutant XfΔpliG zeigen jedoch nicht Fransen um den Umfang der Kolonien (Abbildung 1). Zeitraffer-Bildgebung von Bakterienzellen in Nano mikrofluidischen Strömungskammern ergab , dass Zuc...

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Visualization of Twitching Motility and Characterization of the Role of the PilG in Xylella fastidiosa

In dieser Studie wurde ein Nano mikrofluidischen Strömungskammer wurde verwendet , um die Zuckungen Motilität von Xylella fastidiosa zu visualisieren und funktionell zu charakterisieren, ein Bakterium , das Pierce-Krankheit in Weinrebe verursacht.

Visualisierung von Twitching Motilität und Charakterisierung der Rolle des<em&gt; Pilg</em&gt; in<em&gt; Xylella fastidiosa</em

Xylella fastidiosa is a Gram-negative non-flagellated bacterium that causes a number of economically important diseases of plants. The twitching motility ...

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Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Visualization of Twitching Motility and Characterization of the Role of the PilG in Xylella fastidiosa

10.7K Aufrufe.  University of California, Davis.  In dieser Studie wurde ein Nano mikrofluidischen Strömungskammer wurde verwendet , um die Zuckungen Motilität von Xylella fastidiosa zu visualisieren und funktionell zu charakterisieren, ein Bakterium , das Pierce-Krankheit in Weinrebe verursacht. 

Serie: Visualization of Twitching Motility and Characterization of the Role of the PilG in Xylella fastidiosa

Fluorescence Live-cell Imaging of the Complete Vegetative Cell Cycle of the Slow-growing Social Bacterium Myxococcus xanthus

Fluorescence live-cell imaging of bacterial cells is a key method in the analysis of the spatial and temporal dynamics of proteins and chromosomes underlying central cell cycle events. However, imaging of these molecules in slow-growing bacteria represents a challenge due to photobleaching of fluorophores and phototoxicity during image acquisition. Here, we describe a simple protocol to circumvent these limitations in the case of Myxococcus xanthus (which has a generation time of 4 - 6 h). To this end, M. xanthus cells are grown on a thick nutrient-containing agar pad in a temperature-controlled humid environment. Under these conditions, we determine the doubling time of individual cells by following the growth of single cells. Moreover, key cellular processes such as chromosome segregation and cell division can be imaged by fluorescence live-cell imaging of cells containing relevant fluorescently labeled marker proteins such as ParB-YFP, FtsZ-GFP, and mCherry-PomX over multiple cell cycles. Subsequently, the acquired images are processed to generate montages and/or movies.

Fluorescence Live-cell Imaging of the Complete Vegetative Cell Cycle of the Slow-growing Social Bacterium Myxococcus xanthus

Bacterial cells are spatially highly organized. To follow this organization over time in slow growing Myxococcus xanthus cells, a set-up for fluorescence live-cell imaging with high spatiotemporal resolution over several generations was developed. Using this method, spatiotemporal dynamics of important proteins for chromosome segregation and cell division could be determined.

Fluoreszenz Live Cell Imaging der komplette Vegetative Zellzyklus von langsam wachsenden sozialen Bakterium Myxococcus xanthus

Fluorescence live-cell imaging of bacterial cells is a key method in the analysis of the spatial and temporal dynamics of proteins and chromosomes ...

Forschung

Biochemie

Establishment of Larval Zebrafish as an Animal Model to Investigate Trypanosoma cruzi Motility In Vivo

Chagas disease is a parasitic infection caused by Trypanosoma cruzi, whose motility is not only important for localization, but also for cellular binding and invasion. Current animal models for the study of T. cruzi allow limited observation of parasites in vivo, representing a challenge for understanding parasite behavior during the initial stages of infection in humans. This protozoan has a flagellar stage in both vector and mammalian hosts, but there are no studies describing its motility in vivo.The objective of this project was to establish a live vertebrate zebrafish model to evaluate T. cruzi motility in the vascular system. Transparent zebrafish larvae were injected with fluorescently labeled trypomastigotes and observed using light sheet fluorescence microscopy (LSFM), a noninvasive method to visualize live organisms with high optical resolution. The parasites could be visualized for extended periods of time due to this technique&#39;s relatively low risk of photodamage compared to confocal or epifluorescence microscopy. T. cruzi parasites were observed traveling in the circulatory system of live zebrafish in different-sized blood vessels and the yolk. They could also be seen attached to the yolk sac wall and to the atrioventricular valve despite the strong forces associated with heart contractions. LSFM of T. cruzi-inoculated zebrafish larvae is a valuable method that can be used to visualize circulating parasites and evaluate their tropism, migration patterns, and motility in the dynamic environment of the cardiovascular system of a live animal.

Establishment of Larval Zebrafish as an Animal Model to Investigate Trypanosoma cruzi Motility In Vivo

In this protocol, fluorescently labeled T. cruzi&#160;were injected into transparent zebrafish larvae, and parasite motility was observed in vivo using light sheet fluorescence microscopy.

Gründung der Larven Zebrafisch als Tier-Modell zu untersuchen Trypanosomen Trypanosoma Motilität In Vivo

Chagas disease is a parasitic infection caused by Trypanosoma cruzi, whose motility is not only important for localization, but also for cellular binding ...

Entwicklungsbiologie

Generation and Multi-phenotypic High-content Screening of Coxiella burnetii Transposon Mutants

Invasion and colonization of host cells by bacterial pathogens depend on the activity of a large number of prokaryotic proteins, defined as virulence factors, which can subvert and manipulate key host functions. The study of host/pathogen interactions is therefore extremely important to understand bacterial infections and develop alternative strategies to counter infectious diseases. This approach however, requires the development of new high-throughput assays for the unbiased, automated identification and characterization of bacterial virulence determinants. Here, we describe a method for the generation of a GFP-tagged mutant library by transposon mutagenesis and the development of high-content screening approaches for the simultaneous identification of multiple transposon-associated phenotypes. Our working model is the intracellular bacterial pathogen Coxiellaburnetii, the etiological agent of the zoonosis Q fever, which is associated with severe outbreaks with a consequent health and economic burden. The obligate intracellular nature of this pathogen has, until recently, severely hampered the identification of bacterial factors involved in host pathogen interactions, making of Coxiella the ideal model for the implementation of high-throughput/high-content approaches.

Generation and Multi-phenotypic High-content Screening of Coxiella burnetii Transposon Mutants

Coxiella burnetii is an obligate intracellular Gram-negative bacterium responsible for the zoonotic disease Q fever. Here we describe methods for the generation of Coxiella fluorescent transposon mutants as well as the automated identification and analysis of the resulting internalization, replication and cytotoxic phenotypes.

Generation und Multi-phänotypischen High-Content-Screening<em&gt; Coxiella burnetii</em&gt; Transposon-Mutanten

Invasion and colonization of host cells by bacterial pathogens depend on the activity of a large number of prokaryotic proteins, defined as virulence ...

Immunologie und Infektion

Recording Multicellular Behavior in Myxococcus xanthus Biofilms using Time-lapse Microcinematography

A swarm of the &delta;-proteobacterium Myxococcus xanthus contains millions of cells that act as a collective, coordinating movement through a series of signals to create complex, dynamic patterns as a response to environmental cues. These patterns are self-organizing and emergent; they cannot be predicted by observing the behavior of the individual cells. Using a time-lapse microcinematography tracking assay, we identified a distinct emergent pattern in M. xanthus called chemotaxis, defined as the directed movement of a swarm up a nutrient gradient toward its source 1.
In order to efficiently characterize chemotaxis via time-lapse microcinematography, we developed a highly modifiable plate complex (Figure 1) and constructed a cluster of 8 microscopes (Figure 2), each capable of capturing time-lapse videos. The assay is rigorous enough to allow consistent replication of quantifiable data, and the resulting videos allow us to observe and track subtle changes in swarm behavior. Once captured, the videos are transferred to an analysis/storage computer with enough memory to process and store thousands of videos. The flexibility of this setup has proven useful to several members of the M. xanthus community.

Recording Multicellular Behavior in Myxococcus xanthus Biofilms using Time-lapse Microcinematography

To study Myxococcus xanthus swarm behavior, we have designed a time-lapse microcinematography protocol that can be modified for different assays. It employs standard growth conditions adapted for microscopy, and yields reproducible results by the use of inexpensive, reusable silicone gaskets. We have used this method to quantify multicellular chemotaxis.

Recording Multizelluläre Behavior in Myxococcus xanthus Biofilme mit Zeitraffer-Microcinematography

A swarm of the &delta;-proteobacterium Myxococcus xanthus contains millions of cells that act as a collective, coordinating movement through a series of ...

Biologie

A Semi-quantitative Approach to Assess Biofilm Formation Using Wrinkled Colony Development

Biofilms, or surface-attached communities of cells encapsulated in an extracellular matrix, represent a common lifestyle for many bacteria. Within a biofilm, bacterial cells often exhibit altered physiology, including enhanced resistance to antibiotics and other environmental stresses 1. Additionally, biofilms can play important roles in host-microbe interactions. Biofilms develop when bacteria transition from individual, planktonic cells to form complex, multi-cellular communities 2. In the laboratory, biofilms are studied by assessing the development of specific biofilm phenotypes. A common biofilm phenotype involves the formation of wrinkled or rugose bacterial colonies on solid agar media 3. Wrinkled colony formation provides a particularly simple and useful means to identify and characterize bacterial strains exhibiting altered biofilm phenotypes, and to investigate environmental conditions that impact biofilm formation. Wrinkled colony formation serves as an indicator of biofilm formation in a variety of bacteria, including both Gram-positive bacteria, such as Bacillus subtilis 4, and Gram-negative bacteria, such as Vibrio cholerae 5, Vibrio parahaemolyticus 6, Pseudomonas aeruginosa 7, and Vibrio fischeri 8.
The marine bacterium V. fischeri has become a model for biofilm formation due to the critical role of biofilms during host colonization: biofilms produced by V. fischeri promote its colonization of the Hawaiian bobtail squid Euprymna scolopes 8-10. Importantly, biofilm phenotypes observed in vitro correlate with the ability of V. fischeri cells to effectively colonize host animals: strains impaired for biofilm formation in vitro possess a colonization defect 9,11, while strains exhibiting increased biofilm phenotypes are enhanced for colonization 8,12. V. fischeri therefore provides a simple model system to assess the mechanisms by which bacteria regulate biofilm formation and how biofilms impact host colonization.
In this report, we describe a semi-quantitative method to assess biofilm formation using V. fischeri as a model system. This method involves the careful spotting of bacterial cultures at defined concentrations and volumes onto solid agar media; a spotted culture is synonymous to a single bacterial colony. This 'spotted culture' technique can be utilized to compare gross biofilm phenotypes at single, specified time-points (end-point assays), or to identify and characterize subtle biofilm phenotypes through time-course assays of biofilm development and measurements of the colony diameter, which is influenced by biofilm formation. Thus, this technique provides a semi-quantitative analysis of biofilm formation, permitting evaluation of the timing and patterning of wrinkled colony development and the relative size of the developing structure, characteristics that extend beyond the simple overall morphology.

We provide a simple, semi-quantitative method to investigate biofilm formation in vitro. This method takes advantage of the Zeiss stemi 2000-C Dissecting Microscope (with camera attachment) to monitor both the timing and pattern of biofilm formation, as assessed by the development of wrinkled colonies.

Ein semi-quantitativer Ansatz, um die Biofilmbildung Mit Wrinkled Colony Entwicklung zu bewerten

Biofilms, or surface-attached communities of cells encapsulated in an extracellular matrix, represent a common lifestyle for many bacteria. Within a ...

Kinetic Visualization of Single-Cell Interspecies Bacterial Interactions

Polymicrobial communities are ubiquitous in nature, yet studying their interactions at the single-cell level is difficult. Thus, a microscopy-based method has been developed for observing interspecies interactions between two bacterial pathogens. The use of this method to interrogate interactions between a motile Gram-negative pathogen, Pseudomonas aeruginosa and a non-motile Gram-positive pathogen, Staphylococcus aureus is demonstrated here. This protocol consists of co-inoculating each species between a coverslip and an agarose pad, which maintains the cells in a single plane and allows for visualization of bacterial behaviors in both space and time.
Furthermore, the time-lapse microscopy demonstrated here is ideal for visualizing the early interactions that take place between two or more bacterial species, including changes in bacterial species motility in monoculture and in coculture with other species. Due to the nature of the limited sample space in the microscopy setup, this protocol is less applicable for studying later interactions between bacterial species once cell populations are too high. However, there are several different applications of the protocol which include the use of staining for imaging live and dead bacterial cells, quantification of gene or protein expression through fluorescent reporters, and tracking bacterial cell movement in both single species and multispecies experiments.

This live-bacterial cell imaging protocol allows for visualization of interactions between multiple bacterial species at the single-cell level over time. Time-lapse imaging allows for observation of each bacterial species in monoculture or coculture to interrogate interspecies interactions in multispecies bacterial communities, including individual cell motility and viability.

Kinetische Visualisierung von einzelzelligen Interspezies-Bakterien-Wechselwirkungen

Polymicrobial communities are ubiquitous in nature, yet studying their interactions at the single-cell level is difficult. Thus, a microscopy-based method ...

Generation of Null Mutants to Elucidate the Role of Bacterial Glycosyltransferases in Bacterial Motility

The study of glycosylation in prokaryotes is a rapidly growing area. Bacteria harbor different glycosylated structures on their surface whose glycans constitute a strain-specific barcode. The associated glycans show higher diversity in sugar composition and structure than those of eukaryotes and are important in bacterial-host recognition processes and interaction with the environment. In pathogenic bacteria, glycoproteins have been involved in different stages of the infectious process, and glycan modifications can interfere with specific functions of glycoproteins. However, despite the advances made in the understanding of glycan composition, structure, and biosynthesis pathways, understanding of the role of glycoproteins in pathogenicity or interaction with the environment remains very limited. Furthermore, in some bacteria, the enzymes required for protein glycosylation are shared with other polysaccharide biosynthetic pathways, such as lipopolysaccharide and capsule biosynthetic pathways. The functional importance of glycosylation has been elucidated in several bacteria through mutation of specific genes thought to be involved in the glycosylation process and the study of its impact on the expression of the target glycoprotein and the modifying glycan. Mesophilic Aeromonas have a single and O-glycosylated polar flagellum. Flagellar glycans show diversity in carbohydrate composition and chain length between Aeromonas strains. However, all strains analyzed to date show a pseudaminic acid derivative as the linking sugar that modifies serine or threonine residues. The pseudaminic acid derivative is required for polar flagella assembly, and its loss has an impact on adhesion, biofilm formation, and colonization. The protocol detailed in this article describes how the construction of null mutants can be used to understand the involvement of genes or genome regions containing putative glycosyltransferases in the biosynthesis of a flagellar glycan. This includes the potential to understand the function of the glycosyltransferases involved and the role of the glycan. This will be achieved by comparing the glycan deficient mutant to the wild-type strain.

Here, we describe the construction of null mutants of Aeromonas in specific glycosyltransferases or regions containing glycosyltransferases, the motility assays, and flagella purification performed to establish the involvement and function of their encoded enzymes in the biosynthesis of a glycan, as well as the role of this glycan in bacterial pathogenesis.

Erzeugung von Nullmutanten zur Aufklärung der Rolle bakterieller Glykosyltransferasen in der bakteriellen Motilität

The study of glycosylation in prokaryotes is a rapidly growing area. Bacteria harbor different glycosylated structures on their surface whose glycans ...

Preparation, Imaging, and Quantification of Bacterial Surface Motility Assays

Bacterial surface motility, such as swarming, is commonly examined in the laboratory using plate assays that necessitate specific concentrations of agar and sometimes inclusion of specific nutrients in the growth medium. The preparation of such explicit media and surface growth conditions serves to provide the favorable conditions that allow not just bacterial growth but coordinated motility of bacteria over these surfaces within thin liquid films. Reproducibility of swarm plate and other surface motility plate assays can be a major challenge. Especially for more &#8220;temperate swarmers&#8221; that exhibit motility only within agar ranges of 0.4%-0.8% (wt/vol), minor changes in protocol or laboratory environment can greatly influence swarm assay results. &#8220;Wettability&#8221;, or water content at the liquid-solid-air interface of these plate assays, is often a key variable to be controlled. An additional challenge in assessing swarming is how to quantify observed differences between any two (or more) experiments. Here we detail a versatile two-phase protocol to prepare and image swarm assays. We include guidelines to circumvent the challenges commonly associated with swarm assay media preparation and quantification of data from these assays. We specifically demonstrate our method using bacteria that express fluorescent or bioluminescent genetic reporters like green fluorescent protein (GFP), luciferase (lux operon), or cellular stains to enable time-lapse optical imaging. We further demonstrate the ability of our method to track competing swarming species in the same experiment.

Swarming motility is influenced by physical and environmental factors. We describe a two-phase protocol and guidelines to circumvent the challenges commonly associated with swarm assay preparation and data collection. A macroscopic imaging technique is employed to obtain detailed information on swarm behavior that is not provided by current analysis techniques.

Vorbereitung, Imaging und Quantifizierung der Bakterienoberfläche Motilität Tests

Bacterial surface motility, such as swarming, is commonly examined in the laboratory using plate assays that necessitate specific concentrations of agar ...

Biophysical Characterization of Flagellar Motor Functions

The role of flagellar motors in bacterial motility and chemotaxis is well-understood. Recent discoveries suggest that flagellar motors are able to remodel in response to a variety of environmental stimuli and are among the triggers for surface colonization and infections. The precise mechanisms by which motors remodel and promote cellular adaptation likely depend on key motor attributes. The photomultiplier-based bead-tracking technique presented here enables accurate biophysical characterization of motor functions, including adaptations in motor speeds and switch-dynamics. This approach offers the advantage of real-time tracking and the ability to probe motor behavior over extended durations. The protocols discussed can be readily extended to study flagellar motors in a variety of bacterial species.

Recent findings suggest that bacterial flagellar motors sense a variety of environmental signals and remodel in response. The bead-assays discussed here are expected to help explain the role of remodeling in cellular adaptation to environmental stressors.

Biophysikalische Charakterisierung von Flagellenmotors Funktionen

The role of flagellar motors in bacterial motility and chemotaxis is well-understood. Recent discoveries suggest that flagellar motors are able to remodel ...

Investigating Flagella-Driven Motility in Escherichia coli by Applying Three Established Techniques in a Series

Motility is crucial to the survival and success of many bacterial species. Many methodologies exist to exploit motility to understand signaling pathways, to elucidate the function and assembly of flagellar parts, and to examine and understand patterns of movement. Here we demonstrate a combination of three of these methodologies. Motility in soft agar is the oldest, offering a strong selection for isolating gain-of-function suppressor mutations in motility-impaired strains, where motility is restored through a second mutation. The cell-tethering technique, first employed to demonstrate the rotary nature of the flagellar motor, can be used to assess the impact of signaling effectors on the motor speed and its ability to switch rotational direction. The &#8220;border-crossing&#8221; assay is more recent, where swimming bacteria can be primed to transition into moving collectively as a swarm. In combination, these protocols represent a systematic and powerful approach to identifying components of the motility machinery, and to characterizing their role in different facets of swimming and swarming. They can be easily adapted to study motility in other bacterial species.

Investigating Flagella-Driven Motility in Escherichia coli by Applying Three Established Techniques in a Series

Many bacteria use flagella-driven motility to navigate their environment and colonize favorable surroundings both individually and as a collective. Demonstrated here is the use of three established methods that exploit motility as a selection tool to identify components/pathways contributing to swimming and swarming motility.

Untersuchung der Flagellen-getriebenen Motilität in Escherichia coli durch Anwendung von drei etablierten Techniken in einer Serie

Motility is crucial to the survival and success of many bacterial species. Many methodologies exist to exploit motility to understand signaling pathways, ...

Visualisierung von Twitching Motilität und Charakterisierung der Rolle des

Zusammenfassung

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