Les travaux dans le laboratoire des auteurs ont été soutenus par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (http://www.dfg.de; CO 1139/1-1), le Fonds der Chemischen Industrie (http://www.vci.de/fonds) et le Centre de biologie moléculaire de Göttingen (GZMB). Les auteurs tiennent à remercier Jörg Stülke pour ses commentaires utiles et sa lecture critique du manuscrit.

1. Préparation des plaques de gélose, des milieux de culture, des cryostocks et des précultures
<ol><li>Préparer les milieux de croissance et les réactifs requis (voir le tableau des matériaux et des réactifs).</li>
	<li>Stries les souches de B. subtilis ( par exemple. BP40 (rocG+ gudBCR amyE::PgudB-yfp) et BP52 (rocG+ gudB+ amyE::PgudB-cfp) exprimant respectivement un et deux GDH actifs)2 qui seront utilisés dans l’expérience de compétition sur des plaques de gélose moyenne SP pour obtenir des colonies uniques. Incuber les plaques pendant la nuit à 37 °C.</li>
	<li>Prendre des colonies simples et inoculer des tubes de culture stériles contenant 4 ml de milieu liquide LB. Cultiver les bactéries pendant la nuit à 28 °C et 220 tr/min.</li>
	<li>Cultiver des cultures pendant la nuit à 28 °C pour éviter que les cellules ne se lysent ou ne se sporculent.</li>
	<li>Mesurer la densité optique des cultures à une longueur d’onde de 600 nm (DO600)à l’aide d’un spectrophotomètre étalon.</li>
	<li>Si les cultures ont atteint une DO600 de 2,0, mélanger 0,75 ml des cultures avec 0,75 ml d’une solution stérile de glycérol à 50 % dans des tubes réactionnaires de 1,5 ml. La DOfinale 600 doit être de 1,0 pour obtenir des cryostocks contenant environ 108 cellules/ml.</li>
	<li>Conserver les tubes à -80 °C.</li>
	<li>Faire trois précultures de chaque souche étiquetée avec les gènes cfp et yfp codant pour les gènes fluorophores. Inoculer les précultures (tubes de culture stériles contenant 4 ml de milieu liquide LB) avec des cellules de 1 μl provenant de cryostocks de -80 °C. Incuber les cultures pendant la nuit à 28 °C et 220 rpm.</li>
</ol>2. Cocultivation des bactéries, prélèvement d’échantillons et entreposage des échantillons
<ol><li>Préparer fraîchement 100 ml de C-Glc et de milieu minimal CE-Glc (voir tableau des réactifs et des matériaux) et transférer 20 ml de chaque milieu dans des flacons stériles de secouer de 100 ml.</li>
	<li>Prenez 0,1 ml des précultures qui ont été cultivées pendant la nuit, diluez-les avec 0,9 ml de milieu LB dans une cuvette de 1,5 ml, et déterminez la DO600.</li>
	<li>Pour l’expérience de compétition, prenez les précultures des différentes souches qui ont une DO600 similaire entre 1,0 et 1,5.</li>
	<li>Pour obtenir des populations cellulaires mixtes, diluer les cellules des précultures qui avaient la DO600 appropriée à une DO600 de 0,05 dans 20 ml de milieu minimal C-Glc et CE-Glc complété dans des flacons de secouage de 100 ml. Pour l’expérience de compétition, les deux souches doivent être mélangées dans un rapport de 1:1.</li>
	<li>Prélever 10 ml d’échantillons dans les flacons, les transférer dans des tubes en plastique de 15 ml, récolter les cellules par centrifugation pendant 10 min à 4 000 x g dans une centrifugeuse de table standard et jeter le surnageant.</li>
	<li>Ressusciter les cellules dans 0,5 ml de milieu LB frais et transférer les cellules dans une tasse de réaction stérile de 1,5 ml. Ajouter 0,5 ml de glycérol stérile à 50 %, mélanger la suspension par vortexage rigoureux et conserver les échantillons dans un congélateur à -80 °C jusqu’à un traitement ultérieur.</li>
	<li>Incuber les cellules laissées dans les ballons de secouage jusqu’à 24 heures à 37 °C et 220 tr/min. Gardez les flacons de secouer dans l’obscurité pour éviter le photo blanchiment des fluorophores.</li>
	<li>Prendre d’autres échantillons de 0,1 ml après 7 heures et 24 heures de croissance. Mesurer et noter la DO600 des dilutions 1:10 (en milieu minimal C-Glc ou CE-Glc) des échantillons.</li>
	<li>Prenez la quantité appropriée de cellules de chaque culture pour faire des cryostocks qui ont une DO600 de 1.0. Conserver les échantillons à -80 °C jusqu’à un traitement ultérieur.</li>
</ol>3. Traitement des échantillons, placage et incubation pour les analyses quantitatives
<ol><li>Après avoir prélevé tous les échantillons, décongelez les cryostocks et diluez les cellules dans une solution saline à 0,9% (voir tableau des réactifs et des matériaux) jusqu’à10-3.</li>
	<li>Plaquer 0,1 ml des10-3 dilutions sur des plaques de gélose moyenne SP et répartir les cellules à l’aide de pipettes en verre stérile.</li>
	<li>Incuber les plaques pendant la nuit à 37 °C dans l’obscurité jusqu’à ce que des colonies simples apparaissent.</li>
</ol>4. Comptage des survivants par microscopie à fluorescence stéréo pour l’analyse quantitative
<ol><li>Divisez le fond de la plaque de gélose avec un stylo noir en quatre parties pour une meilleure orientation tout en comptant les survivants sous le microscope à fluorescence stéréoscopique.</li>
	<li>Placez la plaque à l’envers sous le microscope et ez les colonies au point à l’aide de la source de lumière froide.</li>
	<li>Une fois que les colonies sont au point, passez au filtre approprié pour cfp pour visualiser les cellules survivantes de la souche marqué cfp. Comptez les survivants de cette souche en étiquetant les colonies avec un stylo et notez le nombre.</li>
	<li>Retirez les étiquettes avec de l’éthanol et passez au filtre YFP défini pour visualiser les cellules survivantes de la souche étiquetée yfp. Comptez à nouveau les survivants en étiquetant les colonies avec un stylo et notez le nombre.</li>
</ol>5. Traitement des échantillons et microscopie pour les analyses semi-quantitatives
<ol><li>Pour des illustrations, spot 10 μl de la dilution10-4 (environ 100 cellules) de l’étape 3.1 sur une plaque de gélose SP (voir figure 3).</li>
	<li>Incuber les plaques pendant la nuit à 37 °C dans l’obscurité jusqu’à ce que des colonies simples apparaissent.</li>
	<li>Placez la boîte de Pétri sans couvercle sous le microscope et ressettez la tache à l’aide de la source de lumière froide.</li>
	<li>Prenez des photos des spots pour des figures illustratives. Choisissez un temps d’exposition approprié pour prendre les photos des colonies avec la source de lumière froide.</li>
	<li>Sans déplacer la plaque, passez à l’ensemble de filtres CFP, ajustez le temps d’exposition et prenez une photo. Faites de même avec le filtre YFP défini et enregistrez les images pour des analyses plus approfondies.</li>
</ol>6. Analyse des données
<ol><li>Utilisez un logiciel tel qu’Excel pour les analyses de données quantitatives. En fonction des colonies comptées, calculer le pourcentage de colonies jaunes et bleues par rapport au nombre total de colonies, qui sont fixées à 100 %.</li>
	<li>Utilisez les nombres calculés pour créer un diagramme à barres empilées (voir Figure 4 et Figure 5). Utilisez un programme de traitement d’image tel qu’Adobe Photoshop pour construire des images fusionnées des images prises à partir des différents endroits. Alternativement, le logiciel disponible gratuitement ImageJ, téléchargeable à partir de <a href="http://rsbweb.nih.gov/ij/">http://rsbweb.nih.gov/ij/</a> peut être utilisé pour le traitement d’image.</li>
	<li>Ouvrez les photos à partir d’un emplacement qui ont été prises avec le jeu de filtres CFP et le jeu de filtres YFP. Optimisez le contraste et la luminosité pour réduire toute fluorescence d’arrière-plan à partir du support.</li>
	<li>Accédez à l’une des images et sélectionnez tout. Copiez l’image et collez-la sur l’autre image.</li>
	<li>Utilisez la fonction « dodge couleur » pour fusionner les images ou superposez les images fluorescentes à l’aide de l’onglet canaux. Des images fusionnées des colonies de différents milieux et de différents points temporels représentent la croissance des différentes souches au sein de la culture liquide.</li>
</ol>7. Conseils spécifiques: Expérience de commutation de colorant et cocultivation de souches isogéniques étiquetées avec cfp et yfp
L’expression de l’un ou l’autre des deux gènes codant pour les fluorophores chez B. subtilis pourrait influencer la condition physique et donc le taux de croissance des bactéries. Par conséquent, il est recommandé d’effectuer les expériences suivantes afin d’exclure que l’élimination d’une souche concurrente de la population cellulaire pendant la culture soit simplement due à un effet négatif du fluorophore:
<ol><li>Répétez l’expérience entière et cocultivate inversement marqué souches(par exemple, la souche antérieure marqué cfpest maintenant étiquetée avec le gène yfp et vice versa). Bien qu’inverses, les résultats obtenus doivent être comparables à l’observation précédente selon laquelle une souche a un avantage de croissance sélective par rapport à l’autre souche.</li>
	<li>Répétez l’ensemble de l’expérience et cocultivate souches isogéniques étiquetées avec yfp et cfp (par exemple BP40 (rocG+ gudBCR amyE: :PgudB-yfp) et BP41 (rocG+ gudBCR amyE: :PgudB-cfp)). Estimer l’effet négatif de l’un ou l’autre des deux fluorophores sur la valeur adaptative de la bactérie en suivant la composition de la population cellulaire au fil du temps.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Buescher, F. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+network+reorganization+during+dynamic+adaptations+of+Bacillus+subtilis+metabolism.">Global network reorganization during dynamic adaptations of Bacillus subtilis metabolism.</a> Science. 335, 1099-1103 (2012).</li><li>Gunka, K., Stannek, L., Care, R. A., Commichau, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selection-driven+accumulation+of+suppressor+mutants+in+Bacillus+subtilis:+the+apparent+high+mutation+frequency+of+the+cryptic+gudB+gene+and+the+rapid+clonal+expansion+of+gudB++suppressors+are+due+to+growth+under+selection.">Selection-driven accumulation of suppressor mutants in Bacillus subtilis: the apparent high mutation frequency of the cryptic gudB gene and the rapid clonal expansion of gudB+ suppressors are due to growth under selection.</a> PLoS One. 8, (2013).</li><li>Al Mamum, A. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identity+and+function+of+a+large+gene+network+underlying+mutagenic+repair+of+DNA+breaks.">Identity and function of a large gene network underlying mutagenic repair of DNA breaks.</a> Science. 338, 1344-1348 (2012).</li><li>Koeppel, A. F., Wertheim, J. O., Barone, L., Gentile, N., Krizanc, D., Cohan, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speedy+speciation+in+a+bacterial+microcosm:+new+species+can+arise+as+frequently+as+adaptations+within+a+species.">Speedy speciation in a bacterial microcosm: new species can arise as frequently as adaptations within a species.</a> ISME J. 7, 1080-1091 (2013).</li><li>Maughan, H., Nicholson, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+fitness+and+alteration+of+metabolic+pathways+during+Bacillus+subtilis+evolution+in+the+laboratory.">Increased fitness and alteration of metabolic pathways during Bacillus subtilis evolution in the laboratory.</a> Appl. Environ. Microbiol. 77, 4105-4118 (2011).</li><li>Burkholder, P. R., Giles, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induced+biochemical+mutations+in+Bacillus+subtilis.">Induced biochemical mutations in Bacillus subtilis.</a> Am. J. Bot. 34, 345-348 (1947).</li><li>McLoon, A. L., Guttenplan, S. B., Kearns, D. B., Kolter, R., Losick, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracing+the+domestication+of+a+biofilm-forming+bacterium.">Tracing the domestication of a biofilm-forming bacterium.</a> J. Bacteriol. 193, 2027-2034 (2011).</li><li>Zeigler, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origins+of+168,+W23,+and+other+Bacillus+subtilis+legacy+strains.">The origins of 168, W23, and other Bacillus subtilis legacy strains.</a> J. Bacteriol. 190, 6983-6995 (2008).</li><li>Gunka, K., Tholen, S., Gerwig, J., Herzberg, C., St&#252;lke, J., Commichau, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-frequency+mutation+in+Bacillus+subtilis:+requirements+for+the+decryptification+of+the+gudB+glutamate+dehydrogenase.">A high-frequency mutation in Bacillus subtilis: requirements for the decryptification of the gudB glutamate dehydrogenase.</a> 194, 1036-1044 (2012).</li><li>Commichau, F. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Bacillus+subtilis+mutants+with+carbon+source-independent+glutamate+biosynthesis.">Characterization of Bacillus subtilis mutants with carbon source-independent glutamate biosynthesis.</a> J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 12, 106-113 (2007).</li><li>Beckwith, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+suppressors+and+recovery+of+repressed+biochemical+memory.">Genetic suppressors and recovery of repressed biochemical memory.</a> J. Biol. Chem. 284, 12585-12592 (2009).</li><li>Gunka, K., Commichau, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+glutamate+homeostasis+in+Bacillus+subtilis:+a+complex+interplay+between+ammonium+assimilation,+glutamate+biosynthesis+and+degradation.">Control of glutamate homeostasis in Bacillus subtilis: a complex interplay between ammonium assimilation, glutamate biosynthesis and degradation.</a> Mol. Microbiol. 85, 213-224 (2012).</li><li>Yan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protection+of+the+glutamate+pool+concentrations+in+enteric+bacteria.">Protection of the glutamate pool concentrations in enteric bacteria.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 9475-9480 (2007).</li><li>Belitsky, B. R., Sonenshein, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+and+regulation+of+Bacillus+subtilis+glutamate+dehydrogenase+genes.">Role and regulation of Bacillus subtilis glutamate dehydrogenase genes.</a> J. Bacteriol. 180, 6298-6305 (1998).</li><li>Commichau, F. M., Herzberg, C., Tripal, P., Valerius, O., St&#252;lke, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+regulatory+protein-protein+interaction+governs+glutamate+biosynthesis+in+Bacillus+subtilis:+the+glutamate+dehydrogenase+RocG+moonlights+in+controlling+the+transcription+factor+GltC.">A regulatory protein-protein interaction governs glutamate biosynthesis in Bacillus subtilis: the glutamate dehydrogenase RocG moonlights in controlling the transcription factor GltC.</a> Mol. Microbiol. 65, 642-654 (2007).</li><li>Gordo, I., Perfeito, L., Sousa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fitness+effects+of+mutations+in+bacteria.">Fitness effects of mutations in bacteria.</a> J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 21, 20-35 (2011).</li><li>Rabatinov&#225;, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+&#948;+subunit+of+RNA+polymerase+is+required+for+rapid+changes+in+gene+expression+and+competitive+fitness+of+the+cell.">The &#948; subunit of RNA polymerase is required for rapid changes in gene expression and competitive fitness of the cell.</a> J. Bacteriol. 195, 2603-2611 (2013).</li><li>Capra, E. J., Perchuk, B. S., Skerker, J. M., Laub, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+mutations+that+prevent+crosstalk+enable+the+expansion+of+paralogous+signalling+protein+families.">Adaptive mutations that prevent crosstalk enable the expansion of paralogous signalling protein families.</a> Cell. 150, 222-232 (2012).</li><li>Garc&#237;a-Betancur, J. C., Yepes, A., Schneider, J., Lopez, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+analysis+of+Bacillus+subtilis+biofilms+using+fluorescence+microscopy+and+flow+cytometry.">Single-cell analysis of Bacillus subtilis biofilms using fluorescence microscopy and flow cytometry.</a> J. Vis. Exp. (15), (2012).</li></ol>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Plusieurs méthodes ont été développées pour analyser l’aptitude compétitive des bactéries16. Dans de nombreux cas, les bactéries ont été étiquetées avec différentes cassettes de résistance aux antibiotiques17. Semblable à notre approche, l’étiquetage des cellules avec des cassettes de résistance aux antibiotiques permet l’évaluation de l’aptitude compétitive des bactéries lors de la cocultivation dans des conditions de croissance définies. De plus, cette méthode peut ê...

Les bactéries du sol sont généralement dotées de réseaux de régulation flexibles et de vastes capacités métaboliques. Les deux caractéristiques permettent aux cellules d’ajuster leurs voies cataboliques et anaboliques pour rivaliser avec leurs semblables et d’autres micro-organismes pour les nutriments, qui sont disponibles dans une niche écologique donnée1. Cependant, si les bactéries sont incapables de s’adapter à leur environnement, d’autres mécanismes peuvent expliquer la survie d’une espèce. En effet, comme de nombreuses bactéries prolifèrent rapidement et que les populations peuvent atteindre des densités cellulaires élevées, les sous-populations peuvent avoir spontanément accumulé des mutations bénéfiques qui procurent aux cellules un avantage de croissance sélective et augmentent donc leur aptitude. De plus, les points chauds mutationnels et la mutagenèse adaptative induite par le stress peuvent faciliter l’évolution d’une bactérie mal adaptée2,3. Ainsi, l’accumulation de mutations et la croissance sous sélection continue est à l’origine de l’énorme diversité microbienne, même au sein d’un même genre4,5. Comme dans la nature, la mise en forme des génomes bactériens se produit également en laboratoire en raison de la culture continue sous sélection. Ceci est illustré par la domestication de la bactérie Gram-positive B. subtilis, qui est utilisée dans le monde entier dans la recherche fondamentale et dans l’industrie. Dans les années 1940, B. subtilis a été traité avec des rayons X dommageables pour l’ADN, suivi d’une culture dans une condition de croissance spécifique6. Les mutations qui se sont accumulées dans les bactéries lors de leur domestication expliquent la perte de nombreuses caractéristiques de croissance, c’est-à-dire que la souche de laboratoire B. subtilis 168 a perdu la capacité de former des colonies complexes7,8.
De nos jours, pour les bactéries modèles les mieux étudiées Escherichia coli et B. subtilis,une variété d’outils puissants est disponible pour manipuler génétiquement leurs génomes afin de répondre à des questions scientifiques spécifiques. Parfois, l’inactivation d’un gène d’intérêt provoque un grave défaut de croissance, qui est alors clairement visible sur le milieu de croissance standard9. En revanche, les mutations qui provoquent un défaut de croissance faible et n’affectent donc que légèrement la forme physique de la souche sont souvent ignorées. Cependant, dans les deux cas, l’incubation et le passaging prolongés des souches mutantes pendant plusieurs générations entraînent généralement l’accumulation de mutants suppresseurs qui ont restauré le phénotype de la souche parente2,9. La caractérisation des mutants suppresseurs et l’identification des mutations qui ont restauré le défaut de croissance de la souche mutante mère est une approche très utile qui permet d’élucider des processus cellulaires importants et souvent nouveaux10,11.
Nous nous intéressons au contrôle de l’homéostasie du glutamate chez B. subtilis12. Semblable à E. coli, B. subtilis répond à la perturbation de l’homéostasie du glutamate(c’est-à-direle blocage dans la dégradation du glutamate2)par l’accumulation de mutants suppresseurs. Les changements genomic de ces mutants suppresseurs qui ont été acquis par mutation spontanée ont été montrés pour reconstituer rapidement l’homéostasie de glutamate9,13. Par conséquent, il n’est pas surprenant que l’adaptation de B. subtilis à une condition de croissance spécifique lors de la domestication de la bactérie se reflète dans la synthèse enzymatique et dans les activités enzymatiques évoluées, qui sont impliquées dans le métabolisme du glutamate12. Il a été suggéré que le manque de glutamate exogène dans le milieu de croissance pendant le processus de domestication ait été la force motrice de l’émergence et de la fixation du gène cryptique de la glutamate déshydrogénase (GDH) gudBCR dans la souche de laboratoire 1682,14. Cette hypothèse est soutenue par notre observation que la quantité réduite d’activité de GDH dans la souche de laboratoire fournit aux bactéries un avantage de croissance sélective quand le glutamate exogène est rare2. De plus, la culture d’une souche de B. subtilis, synthétisant le GDH GudB, en l’absence de glutamate exogène entraîne l’accumulation de mutants suppresseurs qui ont inactivé le gène gudB 2. De toute évidence, la présence d’un GDH cataboliquement actif est désavantageuse pour la cellule car le glutamate produit de manière endogène qui pourrait autrement être utilisé pour l’anabolisme est dégradé en ammonium et en 2-oxoglutarate (Figure 1). En revanche, lorsque le glutamate est fourni par le milieu, une souche de B. subtilis équipée d’une activité GDH de haut niveau a un avantage de croissance sélective par rapport à une souche qui ne synthétise qu’un seul GDH fonctionnel. Il est raisonnable de supposer que l’activité GDH de haut niveau permet aux bactéries d’utiliser le glutamate comme deuxième source de carbone en plus des autres sources de carbone fournies par le milieu2 (voir figure 1). Ainsi, l’activité GDH affecte fortement la forme physique des bactéries, en fonction de la disponibilité du glutamate exogène.
Nous présentons ici une méthode très illustrative pour surveiller et visualiser la concurrence intraspécifiques entre deux souches de B. subtilis qui diffèrent par un seul locus sur le chromosome (Figure 2). Les deux souches ont été étiquetées avec les gènes yfp et cfp codant pour les fluorophores YFP et CFP, et cocultivées dans différentes conditions nutritionnelles. En prélevant des échantillons au fil du temps et en plaquant des dilutions appropriées sur des plaques de gélose, les survivants de chacune des cultures ont pu être facilement surveillés à l’aide d’un microscope à fluorescence stéréo commun. Le procédé décrit en ce document est facile à exécuter et approprié pour visualiser l’expansion et l’élimination clonales rapides des mutations salutaires et préjudiciables, respectivement, dans une population de cellules au fil du temps.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="814">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:363px;">(NH4)2SO4&#160;</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">3746</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Agar</td>
			<td style="width:175px;">Difco, USA</td>
			<td style="width:111px;">214010</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="61" rowspan="2" style="height:61px;width:363px;">Ammonium ferric citrate (CAF)</td>
			<td rowspan="2" style="width:175px;">Sigma-Aldrich, Germany</td>
			<td rowspan="2" style="width:111px;">9714</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:363px;">CaCl2&#160;</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">5239</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Glucose</td>
			<td style="width:175px;">Applichem, Germany</td>
			<td style="width:111px;">A3617</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Glycerol</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">4043</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:363px;">K2HPO4 x 3 H2O</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">6878</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">KCl</td>
			<td style="width:175px;">Applichem, Germany</td>
			<td style="width:111px;">A3582</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:363px;">KH2PO4</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">3904</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">KOH</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">6751</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:363px;">MgSO4 x 7 H2O&#160;</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">P027</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:363px;">MnCl2&#160;</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">T881</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="61" rowspan="2" style="height:61px;width:363px;">MnSO4 x 4 H2O</td>
			<td rowspan="2" style="width:175px;">Merck Millipore, Germany</td>
			<td rowspan="2" style="width:111px;">102786</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">NaCl</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">9265</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Nutrient broth</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">X929</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Potassium glutamate</td>
			<td style="width:175px;">Applichem, Germany</td>
			<td style="width:111px;">A3712</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Tryptone</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">8952</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Tryptophan</td>
			<td style="width:175px;">Applichem, Germany</td>
			<td style="width:111px;">A3445</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Yeast extract</td>
			<td style="width:175px;">Roth, Germany</td>
			<td style="width:111px;">2363</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">1.5 ml Reaction tubes</td>
			<td style="width:175px;">Sarstedt, Germany</td>
			<td style="width:111px;">72,690,001</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">2.0 ml Reaction tubes</td>
			<td style="width:175px;">Sarstedt, Germany</td>
			<td style="width:111px;">72,691</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">15 ml Plastic tubes with screw cap</td>
			<td style="width:175px;">Sarstedt, Germany</td>
			<td style="width:111px;">62,554,001</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Petri dishes</td>
			<td style="width:175px;">Sarstedt, Germany</td>
			<td style="width:111px;">82.1473</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">1.5 ml Polystyrene cuvettes</td>
			<td style="width:175px;">Sarstedt, Germany</td>
			<td style="width:111px;">67,742</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">15 ml Glass culture tubes&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:175px;">Brand, Germany</td>
			<td rowspan="2" style="width:111px;">7790 22</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">with aluminium caps</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">100 ml Shake flasks with aluminium caps</td>
			<td style="width:175px;">Brand, Germany</td>
			<td style="width:111px;">928 24</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Sterile 10 ml glass pipettes</td>
			<td style="width:175px;">Brand, Germany</td>
			<td style="width:111px;">278 23</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Incubator (28 and 37 &#176;C)</td>
			<td style="width:175px;">New Brunswick</td>
			<td style="width:111px;">M1282-0012</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="85" rowspan="3" style="height:85px;width:363px;">Standard pipette set (2-20 &#956;l, 10-100 &#956;l, 100-1000 &#956;l)</td>
			<td rowspan="3" style="width:175px;">Eppendorf, Germany</td>
			<td style="width:111px;">4910&#160;000.034, 4910 000.042,&#160;&#160;</td>
			<td rowspan="3" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:111px;">4910 000.042,</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:111px;">4910 000.069&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="80">
			<td height="101" rowspan="2" style="height:101px;width:363px;">Table top centrifuge for 1.5 and 2 ml reaction tubes</td>
			<td rowspan="2" style="width:175px;">Thermo Scientific, Heraeus Fresco 21, Germany</td>
			<td rowspan="2" style="width:111px;">75002425</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="81" rowspan="2" style="height:81px;width:363px;">Table top centrifuge for 15 ml plastic tubes</td>
			<td rowspan="2" style="width:175px;">Heraeus Biofuge Primo R, Germany</td>
			<td rowspan="2" style="width:111px;">75005440</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="80">
			<td height="101" rowspan="2" style="height:101px;width:363px;">Standard spectrophotometer</td>
			<td rowspan="2" style="width:175px;">Amersham Biosciences Ultrospec 2100 pro, Germany</td>
			<td rowspan="2" style="width:111px;">80-2112-21&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:363px;">Stereofluorescence microscope&#160;</td>
			<td style="width:175px;">Zeiss SteREO Lumar V12, Germany</td>
			<td style="width:111px;">495008-0009-000</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Freezer (-20 and -80 &#176;C)</td>
			<td style="width:175px;">-</td>
			<td style="width:111px;">-</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Fridge (4 &#176;C)</td>
			<td style="width:175px;">-</td>
			<td style="width:111px;">-</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:363px;">Autoclave</td>
			<td style="width:175px;">Zirbus, LTA 2x3x4, Germany</td>
			<td style="width:111px;">-</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:363px;">pH meter</td>
			<td style="width:175px;">pH-meter 766, Calimatic, Knick, Germany</td>
			<td style="width:111px;">766</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="61" rowspan="2" style="height:61px;width:363px;">Vortex</td>
			<td rowspan="2" style="width:175px;">Vortex&#160; 3, IKA, Germany</td>
			<td rowspan="2" style="width:111px;">3340000</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="64" rowspan="3" style="height:64px;width:363px;">Balance</td>
			<td rowspan="3" style="width:175px;">CP2202S, Sartorius, Germany</td>
			<td style="width:111px;">replaced by</td>
			<td rowspan="3" style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:111px;">CPA2202S</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:111px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Black pen (permanent marker)</td>
			<td style="width:175px;">Staedler, Germany</td>
			<td style="width:111px;">317-9</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Powerpoint program</td>
			<td style="width:175px;">Microsoft, USA</td>
			<td style="width:111px;">-</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:363px;">Office Excel program</td>
			<td style="width:175px;">Microsoft, USA</td>
			<td style="width:111px;">-</td>
			<td style="width:167px;">Program for data processing</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:363px;">Adobe Photoshop CS5</td>
			<td style="width:175px;">Adobe, USA</td>
			<td style="width:111px;">replaced by CS6, download</td>
			<td style="width:167px;">Computer program for image processing</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:363px;">Computer</td>
			<td style="width:175px;">PC or Mac</td>
			<td style="width:111px;">-</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;">ZEN pro 2011 software for the stereofluorescence microscope</td>
			<td style="width:175px;">Zeiss, Germany</td>
			<td style="width:111px;">410135 1002 110</td>
			<td style="width:167px;">AxioCam MRc Rev. Obtained through Zeiss</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:22px;width:815px;">Specific solution recipes</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">SP medium</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">8 g Nutrient broth</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">0.25 mg MgSO4 x 7 H2O</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">1 g KCl</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">if required, add 15 g agar for solid SP medium</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 1 l with H2O, autoclave for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">1 ml CaCl2 (0.5 M), sterilized by filtration</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">1 ml MnCl2 (10 mM) sterilized by filtration</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:22px;width:815px;">2 ml ammonium ferric citrate (CAF, 2.2 mg/ml), sterilized by filtration</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">LB medium</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 g Tryptone</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">5 g Yeast extract</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 g NaCl</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">if required, add 15 g agar for solid LB medium</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 1 l with H2O, autoclave for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">C-Glc minimal medium</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">200 ml 5 x C salts</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 ml L-Tryptophan (5 mg/ml), sterilized by filtration</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 ml ammonium ferric citrate (CAF, 2.2 mg/ml), sterilized by filtration</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 ml III&#8217; salts</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">25 ml Glucose (20%), autoclaved for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 1 l with sterile H2O</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">CE-Glc minimal medium</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">200 ml 5 x C salts</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 ml L-Tryptophan (5 mg/ml), sterilized by filtration</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 ml ammonium ferric citrate (CAF, 2.2 mg/ml), sterilized by filtration</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">10 ml III&#8217; salts</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">20 ml Glutamate (40%)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">25 ml Glucose (20%), autoclaved for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 1 l with sterile H2O</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">5 x C salts&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">20 g KH2PO4</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">80 g K2HPO4 x 3 H2O</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">16.5 g (NH4)2SO4</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 1 l with sterile H2O, autoclave for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">III&#8217; salts</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">0.232 g MnSO4 x 4 H2O</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">12.3 g MgSO4 x 7 H2O</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 1 l with sterile H2O, autoclave for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">40% Glutamate solution</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">200 g L-Glutamic acid</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">adjust the pH to 7.0 by adding approximately 80 g KOH</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 0.5 l with sterile H2O, autoclave for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">0.9% Saline (NaCl) solution</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 1 l with sterile H2O, autoclave for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">50% Glycerol solution</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:815px;">295 ml Glycerol (87%)</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:23px;width:815px;">ad 0.5 l with sterile H2O, autoclave for 20 min at 121 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="4" height="22" style="height:22px;width:815px;">Bacteria (All strains are based on the Bacillus subtilis strain 168)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="3" height="21" style="height:21px;width:648px;">Bacillus subtilis BP40 (rocG+ gudBCR amyE::PgudB-yfp)&#160;</td>
			<td rowspan="4" style="width:167px;">Laboratory strain collection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="3" height="21" style="height:21px;width:648px;">Bacillus subtilis BP41 (rocG+ gudBCR amyE::PgudB-cfp)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="3" height="21" style="height:21px;width:648px;">Bacillus subtilis BP52 (rocG+ gudB+ amyE::PgudB-cfp)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="3" height="21" style="height:21px;width:648px;">Bacillus subtilis BP156 (rocG+ gudB+ amyE::PgudB-yfp)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

monitoring intraspecies competition in a bacterial cell population by cocultivation of fluorescently labelled strains

De nombreux micro-organismes tels que les bactéries prolifèrent extrêmement rapidement et les populations peuvent atteindre des densités cellulaires élevées. De petites fractions de cellules dans une population ont toujours accumulé des mutations qui sont préjudiciables ou bénéfiques pour la cellule. Si l’effet de valeur adaptative d’une mutation procure à la sous-population un fort avantage de croissance sélective, les individus de cette sous-population peuvent rapidement supprèter et même éliminer complètement leurs compagnons immédiats. Ainsi, de petits changements génétiques et l’accumulation pilotée par la sélection de cellules qui ont acquis des mutations bénéfiques peuvent conduire à un déplacement complet du génotype d’une population cellulaire. Nous présentons ici une procédure pour surveiller l’expansion clonale rapide et l’élimination des mutations bénéfiques et néfastes, respectivement, dans une population de cellules bactériennes au fil du temps par cocultivation d’individus marqués par fluorescence de la bactérie modèle Gram-positive Bacillus subtilis. La méthode est facile à réaliser et très illustrative pour montrer la compétition intraspéciféenne entre les individus dans une population cellulaire bactérienne.

La méthode décrite ici a été appliquée avec succès pour visualiser la compétition intraspécifique dans une population cellulaire constituée de souches de B. subtilis qui ont été marqués avec les gènes cfp et yfp codant pour les fluorophores CFP et YFP, respectivement. Comme le montre la figure 3,la méthode peut être utilisée pour visualiser la concurrence intraspécifeur d’une manière très illustrative. En repérant les échantillons sur de petites zones, la...

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Monitoring Intraspecies Competition in a Bacterial Cell Population by Cocultivation of Fluorescently Labelled Strains

Les bactéries peuvent accumuler des mutations néfastes ou bénéfiques au cours de leur vie. Dans une population de cellules, les individus qui ont accumulé des mutations bénéfiques peuvent rapidement surpasser leurs semblables. Ici, nous présentons une procédure simple pour visualiser la compétition intraspécifique dans une population de cellules bactériennes au fil du temps en utilisant des individus marqués par fluorescence.

Surveillance de la compétition intraspécifique dans une population de cellules bactériennes par cocultivation de souches marquées par fluorescence

Many microorganisms such as bacteria proliferate extremely fast and the populations may reach high cell densities. Small fractions of cells in a ...

monitoring-intraspecies-competition-bacterial-cell-population

Research

JoVE Journal

Biology

8.4K vues.  Georg-August University. Les bactéries peuvent accumuler des mutations néfastes ou bénéfiques au cours de leur vie. Dans une population de cellules, les individus qui ont accumulé des mutations bénéfiques peuvent rapidement surpasser leurs semblables. Ici, nous présentons une procédure simple pour visualiser la compétition intraspécifique dans une population de cellules bactériennes au fil du temps en utilisant des individus marqués par fluorescence.

Vidéo: Monitoring Intraspecies Competition in a Bacterial Cell Population by Cocultivation of Fluorescently Labelled Strains

Title Cell Encapsulation by Droplets

Titre encapsulation cellulaire par des gouttelettes

Recherche

Biologie

Derivation of Human Embryonic Stem Cells by Immunosurgery

The ability of human embryonic stem cells to self-renew and differentiate into all cell types of 
the body suggests that they hold great promise for both medical applications and as a research 
tool for addressing fundamental questions in development and disease. Here, we provide a 
concise, step-by-step protocol for the derivation of human embryonic stem cells from embryos 
by immunosurgical isolation of the inner cell mass. 


The ability of human embryonic stem cells to self-renew and differentiate into all cell types of 
the body suggests that they hold great promise for both medical applications and as a research 
tool for addressing fundamental questions in development and disease. Here, we provide a 
concise, step-by-step protocol for the derivation of human embryonic stem cells from embryos 
by immunosurgical isolation of the inner cell mass.

Dérivation des cellules souches embryonnaires humaines par Immunosurgery

The ability of human embryonic stem cells to self-renew and differentiate into all cell types of 
the body suggests that they hold great promise for both ...

Monitoring Dynamic Changes In Mitochondrial Calcium Levels During Apoptosis Using A Genetically Encoded Calcium Sensor

Dynamic changes in intracellular calcium concentration in response to various stimuli regulates many cellular processes such as proliferation, differentiation, and apoptosis1. During apoptosis, calcium accumulation in mitochondria promotes the release of pro-apoptotic factors from the mitochondria into the cytosol2. It is therefore of interest to directly measure mitochondrial calcium in living cells in situ during apoptosis. High-resolution fluorescent imaging of cells loaded with dual-excitation ratiometric and non-ratiometric synthetic calcium indicator dyes has been proven to be a reliable and versatile tool to study various aspects of intracellular calcium signaling. Measuring cytosolic calcium fluxes using these techniques is relatively straightforward. However, measuring intramitochondrial calcium levels in intact cells using synthetic calcium indicators such as rhod-2 and rhod-FF is more challenging. Synthetic indicators targeted to mitochondria have blunted responses to repetitive increases in mitochondrial calcium, and disrupt mitochondrial morphology3. Additionally, synthetic indicators tend to leak out of mitochondria over several hours which makes them unsuitable for long-term experiments. Thus, genetically encoded calcium indicators based upon green fluorescent protein (GFP)4 or aequorin5 targeted to mitochondria have greatly facilitated measurement of mitochondrial calcium dynamics. Here, we describe a simple method for real-time measurement of mitochondrial calcium fluxes in response to different stimuli. The method is based on fluorescence microscopy of 'ratiometric-pericam' which is selectively targeted to mitochondria. Ratiometric pericam is a calcium indicator based on a fusion of circularly permuted yellow fluorescent protein and calmodulin4. Binding of calcium to ratiometric pericam causes a shift of its excitation peak from 415 nm to 494 nm, while the emission spectrum, which peaks around 515 nm, remains unchanged. Ratiometric pericam binds a single calcium ion with a dissociation constant in vitro of ~1.7 &mu;M4. These properties of ratiometric pericam allow the quantification of rapid and long-term changes in mitochondrial calcium concentration. Furthermore, we describe adaptation of this methodology to a standard wide-field calcium imaging microscope with commonly available filter sets. Using two distinct agonists, the purinergic agonist ATP and apoptosis-inducing drug staurosporine, we demonstrate that this method is appropriate for monitoring changes in mitochondrial calcium concentration with a temporal resolution of seconds to hours. Furthermore, we also demonstrate that ratiometric pericam is also useful for measuring mitochondrial fission/fragmentation during apoptosis. Thus, ratiometric pericam is particularly well suited for continuous long-term measurement of mitochondrial calcium dynamics during apoptosis.

This protocol describes a method for real-time measurement of mitochondrial calcium fluxes by fluorescent imaging. The method takes advantage of a circularly permutated YFP-based dual-excitation ratiometric calcium sensor (ratiometric pericam-mt) selectively expressed in mitochondria.

Surveillance des changements dynamiques dans les niveaux de calcium mitochondrial cours de l&#39;apoptose en utilisant un capteur de calcium codées génétiquement

Dynamic changes in intracellular calcium concentration in response to various stimuli regulates many cellular processes such as proliferation, ...

Activation of Apoptosis by Cytoplasmic Microinjection of Cytochrome c

Apoptosis, or programmed cell death, is a conserved and highly regulated pathway by which cells die1. Apoptosis can be triggered when cells encounter a wide range of cytotoxic stresses. These insults initiate signaling cascades that ultimately cause the release of cytochrome c from the mitochondrial intermembrane space to the cytoplasm2. The release of cytochrome c from mitochondria is a key event that triggers the rapid activation of caspases, the key cellular proteases which ultimately execute cell death3-4.
The pathway of apoptosis is regulated at points upstream and downstream of cytochrome c release from mitochondria5. In order to study the post-mitochondrial regulation of caspase activation, many investigators have turned to direct cytoplasmic microinjection of holocytochrome c (heme-attached) protein into cells6-9. Cytochrome c is normally localized to the mitochondria where attachment of a heme group is necessary to enable it to activate apoptosis10-11. Therefore, to directly activate caspases, it is necessary to inject the holocytochrome c protein instead of its cDNA, because while the expression of cytochrome c from cDNA constructs will result in mitochondrial targeting and heme attachment, it will be sequestered from cytosolic caspases. Thus, the direct cytosolic microinjection of purified heme-attached cytochrome c protein is a useful tool to mimic mitochondrial cytochrome c release and apoptosis without the use of toxic insults which cause cellular and mitochondrial damage.
In this article, we describe a method for the microinjection of cytochrome c protein into cells, using mouse embryonic fibroblasts (MEFs) and primary sympathetic neurons as examples. While this protocol focuses on the injection of cytochrome c for investigations of apoptosis, the techniques shown here can also be easily adapted for microinjection of other proteins of interest.

Activation of Apoptosis by Cytoplasmic Microinjection of Cytochrome c

In this protocol, we describe the direct cytoplasmic microinjection of cytochrome c protein into fibroblasts and primary sympathetic neurons. This technique allows for the introduction of cytochrome c protein into the cytoplasm of cells and mimics the release of cytochrome c from mitochondria, which occurs during apoptosis.

L&#39;activation de l&#39;apoptose par micro-injection cytoplasmique du cytochrome C</em

Apoptosis, or programmed cell death, is a conserved and highly regulated pathway by which cells die1.  Apoptosis can be triggered when cells encounter a ...

Monitoring Kinase and Phosphatase Activities Through the Cell Cycle by Ratiometric FRET

F&ouml;rster resonance energy transfer (FRET)-based reporters1 allow the assessment of endogenous kinase and phosphatase activities in living cells. Such probes typically consist of variants of CFP and YFP, intervened by a phosphorylatable sequence and a phospho-binding domain. Upon phosphorylation, the probe changes conformation, which results in a change of the distance or orientation between CFP and YFP, leading to a change in FRET efficiency (Fig 1). Several probes have been published during the last decade, monitoring the activity balance of multiple kinases and phosphatases, including reporters of PKA2, PKB3, PKC4, PKD5, ERK6, JNK7, Cdk18, Aurora B9 and Plk19. Given the modular design, additional probes are likely to emerge in the near future10. 
Progression through the cell cycle is affected by stress signaling pathways 11. Notably, the cell cycle is regulated differently during unperturbed growth compared to when cells are recovering from stress12.Time-lapse imaging of cells through the cell cycle therefore requires particular caution. This becomes a problem particularly when employing ratiometric imaging, since two images with a high signal to noise ratio are required to correctly interpret the results. Ratiometric FRET imaging of cell cycle dependent changes in kinase and phosphatase activities has predominately been restricted to sub-sections of the cell cycle8,9,13,14.
Here, we discuss a method to monitor FRET-based probes using ratiometric imaging throughout the human cell cycle. The method relies on equipment that is available to many researchers in life sciences and does not require expert knowledge of microscopy or image processing.

FRET-based reporters are increasingly used to monitor kinase and phosphatase activities in live cells. Here we describe a method on how to use FRET-based reporters to assess cell cycle-dependent changes in target phosphorylation.

Activités de surveillance kinase et la phosphatase dans le cycle cellulaire par Ratiométrique FRET

F&ouml;rster resonance energy transfer (FRET)-based reporters1 allow the assessment of endogenous kinase and phosphatase activities in living cells. Such ...

Determination of Lipid Raft Partitioning of Fluorescently-tagged Probes in Living Cells by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS)

In the past fifteen years the notion that cell membranes are not homogenous and rely on microdomains to exert their functions has become widely accepted. Lipid rafts are membrane microdomains enriched in cholesterol and sphingolipids. They play a role in cellular physiological processes such as signalling, and trafficking1,2 but are also thought to be key players in several diseases including viral or bacterial infections and neurodegenerative diseases3.
Yet their existence is still a matter of controversy4,5. Indeed, lipid raft size has been estimated to be around 20 nm6, far under the resolution limit of conventional microscopy (around 200 nm), thus precluding their direct imaging. Up to now, the main techniques used to assess the partition of proteins of interest inside lipid rafts were Detergent Resistant Membranes (DRMs) isolation and co-patching with antibodies. Though widely used because of their rather easy implementation, these techniques were prone to artefacts and thus criticized7,8. Technical improvements were therefore necessary to overcome these artefacts and to be able to probe lipid rafts partition in living cells.
Here we present a method for the sensitive analysis of lipid rafts partition of fluorescently-tagged proteins or lipids in the plasma membrane of living cells. This method, termed Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS), relies on the disparity in diffusion times of fluorescent probes located inside or outside of lipid rafts. In fact, as evidenced in both artificial membranes and cell cultures, probes would diffuse much faster outside than inside dense lipid rafts9,10. To determine diffusion times, minute fluorescence fluctuations are measured as a function of time in a focal volume (approximately 1 femtoliter), located at the plasma membrane of cells with a confocal microscope (Fig. 1). The auto-correlation curves can then be drawn from these fluctuations and fitted with appropriate mathematical diffusion models11.
FCS can be used to determine the lipid raft partitioning of various probes, as long as they are fluorescently tagged. Fluorescent tagging can be achieved by expression of fluorescent fusion proteins or by binding of fluorescent ligands. Moreover, FCS can be used not only in artificial membranes and cell lines but also in primary cultures, as described recently12. It can also be used to follow the dynamics of lipid raft partitioning after drug addition or membrane lipid composition change12.

Determination of Lipid Raft Partitioning of Fluorescently-tagged Probes in Living Cells by Fluorescence Correlation Spectroscopy FCS

A technique to probe the lipid raft partitioning of fluorescent proteins at the plasma membrane of living cells is described. It takes advantage of the disparity in diffusion times of proteins located inside or outside of lipid rafts. Acquisition can be performed dynamically in control conditions or after drug addition.

Détermination de radeaux lipidiques partitionnement de sondes par fluorescence-marqués dans les cellules vivantes par spectroscopie de corrélation de fluorescence (FCS)

In the past fifteen years the notion that cell membranes are not homogenous and rely on microdomains to exert their functions has become widely accepted. ...

Long-term Lethal Toxicity Test with the Crustacean Artemia franciscana

Our research activities target the use of biological methods for the evaluation of environmental quality, with particular reference to saltwater/brackish water and sediment. The choice of biological indicators must be based on reliable scientific knowledge and, possibly, on the availability of standardized procedures. In this article, we present a standardized protocol that used the marine crustacean Artemia to evaluate the toxicity of chemicals and/or of marine environmental matrices. Scientists propose that the brine shrimp (Artemia) is a suitable candidate for the development of a standard bioassay for worldwide utilization. A number of papers have been published on the toxic effects of various chemicals and toxicants on brine shrimp (Artemia). The major advantage of this crustacean for toxicity studies is the overall availability of the dry cysts; these can be immediately used in testing and difficult cultivation is not demanded1,2. Cyst-based toxicity assays are cheap, continuously available, simple and reliable and are thus an important answer to routine needs of toxicity screening, for industrial monitoring requirements or for regulatory purposes3. The proposed method involves the mortality as an endpoint. The numbers of survivors were counted and percentage of deaths were calculated. Larvae were considered dead if they did not exhibit any internal or external movement during several seconds of observation4. This procedure was standardized testing a reference substance (Sodium Dodecyl Sulfate); some results are reported in this work. This article accompanies a video that describes the performance of procedural toxicity testing, showing all the steps related to the protocol.

Long-term Lethal Toxicity Test with the Crustacean Artemia franciscana

This study concerns the development and standardization of a valuable methodological protocol to determine long-term (14 days) lethal toxicity exerted by chemical substances, industrial wastewater or sewage and liquid environmental samples on the saltwater crustacean, Artemia franciscana.

À long terme des essais de toxicité létale avec le Crustacé Artemia franciscana</em

Our research activities target the use of biological methods for the evaluation of environmental quality, with particular reference to saltwater/brackish ...

Profiling Individual Human Embryonic Stem Cells by Quantitative RT-PCR

Heterogeneity of stem cell population hampers detailed understanding of stem cell biology, such as their differentiation propensity toward different lineages. A single cell transcriptome assay can be a new approach for dissecting individual variation. We have developed the single cell qRT-PCR method, and confirmed that this method works well in several gene expression profiles. In single cell level, each human embryonic stem cell, sorted by OCT4::EGFP positive cells, has high expression in OCT4, but a different level of NANOG expression. Our single cell gene expression assay should be useful to interrogate population heterogeneities.

Single cell gene expression assay is needed for understanding stem cell heterogeneities.

Profilage individuel embryonnaires humaines Cellules souches par RT-PCR quantitative

Heterogeneity of stem cell population hampers detailed understanding of stem cell biology, such as their differentiation propensity toward different ...

Fecal Glucocorticoid Analysis: Non-invasive Adrenal Monitoring in Equids

Adrenal activity can be assessed in the equine species by analysis of feces for corticosterone metabolites. During a potentially aversive situation, corticotrophin releasing hormone (CRH) is released from the hypothalamus in the brain. This stimulates the release of adrenocorticotrophic hormone (ACTH) from the pituitary gland, which in turn stimulates release of glucocorticoids from the adrenal gland. In horses the glucocorticoid corticosterone is responsible for several adaptations needed to support equine flight behaviour and subsequent removal from the aversive situation. Corticosterone metabolites can be detected in the feces of horses and assessment offers a non-invasive option to evaluate long term patterns of adrenal activity. Fecal assessment offers advantages over other techniques that monitor adrenal activity including blood plasma and saliva analysis. The non-invasive nature of the method avoids sampling stress which can confound results. It also allows the opportunity for repeated sampling over time and is ideal for studies in free ranging horses. This protocol describes the enzyme linked immunoassay (EIA) used to assess feces for corticosterone, in addition to the associated biochemical validation.

Adrenal activity can be assessed in the equine species by analysis of feces for corticosterone metabolites. The method offers a non-invasive option to assess long term patterns in both domestic and free ranging horses. This protocol describes the enzyme linked immunoassay involved and the associated biochemical validation.

Fecal glucocorticoïdes Analyse: Surveillance surrénale non invasive en Equidés

Adrenal activity can be assessed in the equine species by analysis of feces for corticosterone metabolites. During a potentially aversive situation, ...

Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens

Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and product development. Stress-strain relationships are typically obtained from mechanical testing data to enable comparative assessment among samples and in some cases identification of constitutive mechanical properties. However, errors may be introduced through the use of average strain measures, as significant heterogeneity in the strain field may result from geometrical non-uniformity of the sample and stress concentrations induced by mounting/gripping of soft tissues within the test system. When strain field heterogeneity is significant, accurate assessment of the sample mechanical response requires measurement of local strains. This study demonstrates a novel biomechanical testing protocol for calculating local surface strains using a mechanical testing device coupled with a high resolution camera and a digital image correlation technique. A series of sample surface images are acquired and then analyzed to quantify the local surface strain of a vascular tissue specimen subjected to ramped uniaxial loading. This approach can improve accuracy in experimental vascular biomechanics and has potential for broader use among other native soft tissues, engineered soft tissues, and soft hydrogel/polymeric materials. In the video, we demonstrate how to set up the system components and perform a complete experiment on native vascular tissue.

We describe the use of digital image correlation to characterize the local surface strain field on vascular tissue samples subjected to uniaxial tensile testing. These measurements facilitate precise quantification of the sample mechanical response and the generation of constitutive stress-strain relations.

Utilisation de corrélation d&#39;images à caractériser les souches locales sur des échantillons de tissus vasculaires

Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and ...