JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Environment

في الموقع Chemotaxis اختبار لفحص السلوك الميكروبي في النظم الإيكولوجية المائية

Published: May 5th, 2020

DOI:

10.3791/61062

1Institute of Environmental Engineering, Department of Civil, Environmental and Geomatic Engineering, ETH Zürich, 2Climate Change Cluster, University of Technology Sydney, 3School of Oceanography, University of Washington

يُعرض هنا البروتوكول الخاص بـ اختبار كميكوتاكس في الموقع، وهو جهاز microfluidic تم تطويره مؤخرًا ويمكّن من إجراء دراسات للسلوك الميكروبي مباشرة في البيئة.

السلوكيات الميكروبية، مثل حركية وchemotaxis (قدرة الخلية على تغيير حركتها استجابة للتدرج الكيميائي)، تنتشر على نطاق واسع عبر المجالات البكتيرية والعتقية. يمكن أن ينتج عن Chemotaxis مزايا كبيرة في الحصول على الموارد في بيئات غير متجانسة. كما تلعب دوراً حاسماً في التفاعلات التكافلية، والمرض، والعمليات العالمية، مثل الدراجات الكيميائية الحيوية. ومع ذلك، فإن التقنيات الحالية تقيد بحوث الchemotaxis بالمختبر ولا يمكن تطبيقها بسهولة في هذا المجال. يُعرض هنا بروتوكول خطوة بخطوة لنشر مقايسة الأوموتاكسيس في الموقع (ISCA)، وهو جهاز يمكّن من الاستجواب القوي لخموتاكسيس الميكروبات مباشرة في البيئة الطبيعية. وICCA هو جهاز microfluidic تتكون من مجموعة 20 بئر، والتي يمكن تحميل المواد الكيميائية ذات الأهمية. وبمجرد نشرها في بيئات مائيّة، تنتشر المواد الكيميائية خارج الآبار، مما يخلق تدرجات تركيز تستشعرها الميكروبات وتستجيب لها بالسباحة في الآبار عبر الآبار. ويمكن بعد ذلك أخذ عينات من محتويات البئر واستخدامها في (1) قياس قوة الاستجابات الكيميائية لمركبات محددة من خلال قياس الخلايا المتدفقة، (2) عزل الكائنات الدقيقة المتجاوبة وثقافتها، (3) توصيف هوية السكان المستجيبين وإمكاناتهم الجينية من خلال التقنيات الجزيئية. و ISCA هو منصة مرنة يمكن نشرها في أي نظام مع مرحلة مائي، بما في ذلك البيئة البحرية والمياه العذبة والتربة.

الكائنات الحية الدقيقة المتنوعة استخدام الحركة وchemotaxis لاستغلال البيئات غير مكتمل المغذيات، والعثور على المضيفين، أو تجنب الظروف الضارة1،2،3. ويمكن أن تؤثر هذه السلوكيات الميكروبية بدورها على معدلات التحول الكيميائي4 وأن تعزز الشراكات التكافلية عبر النظم الإيكولوجية الأرضية والمياه العذبة والنظم الإيكولوجية البحرية2،5.

وقد درست على نطاق واسع Chemotaxis تحت ظروف المختبرات على مدى السنوات ال 60 الماضية6. الطريقة الكمية الأولى لدراسة chemotax....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

نوصي بتنفيذ القسم 1 قبل التجارب الميدانية لتحسين النتائج.

1. مختبر التحسين

ملاحظة: وحدات التخزين الموضحة في الإجراء الأمثل كافية لـ ISCA واحد (يتكون من 20 بئر).

  1. إعداد المادة الكيميائية ذات الأهمية
    ملاحظة: غالباً ما يحتاج التركيز الأمثل لكل مُتراكٍ كيميائي ?.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

يعرض هذا القسم نتائج المختبر باستخدام ISCA لاختبار الاستجابة الكيميائية للميكروبات البحرية إلى نطاق تركيز الجلوتامين ، وهو حمض أميني معروف لجذب بكتيريا التربة14. وقد استخدم تركيز الجلوتامين الذي أثار أقوى استجابة كيميائية في الاختبارات المخبرية لإجراء فحص كميموتكس في البيئة .......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

على نطاق الكائنات الحية الدقيقة المائية، والبيئة بعيدة كل البعد عن التجانس وغالبا ما تتميز بالتدرجات الفيزيائية/الكيميائية التي تُهيّن المجتمعات الميكروبية,15. قدرة الكائنات الحية الدقيقة motile على استخدام السلوك (أي chemotaxis) يسهل الأعلاف داخل هذه البيئة ال?.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تم تمويل هذا البحث جزئيا من قبل مبادرة الأحياء الدقيقة البحرية مؤسسة غوردون وبيتي مور، من خلال منحة GBMF3801 إلى J.R.S. وR.S.، وجائزة المحقق (GBMF3783) إلى R.S.، فضلا عن زمالة مجلس البحوث الأسترالي (DE160100636) إلى J.B.R. ، وهي جائزة من مؤسسة سيمونز إلى B.S.L. (594111) ، ومنحة من مؤسسة سيمونز (542395) إلى R.S. كجزء من مبادئ النظم الإيكولوجية الميكروبية (PriME) التعاونية.

....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NameCompanyCatalog NumberComments
Acrylic glueEvonik1133Acrifix 1S 0116
Acrylic sheetMcMaster-Carr8505K725Or different company
Adhesive tapeScotch3M 810Scotch Magic tape
AutoclaveSystecD-200Or different company
Benchtop centrifugeFisher Scientific75002451Or different company
Bungee cordParacord Planet667569184000Or different company
Centrifuge tube - 2 mLSigma AldrichBR780546-500EAEppendorf tube
Conical centrifuge tube - 15 mLFisher Scientific11507411Falcon tube
Conical centrifuge tube - 50 mLFisher Scientific10788561Falcon tube
Deployment armIrwin1964719Or different company
Deployment enclosure plugFisher Scientific21-236-4See alternatives in manuscript
Disposable wipersKimtech - Fisher Scientific06-666Kimwipes
Flow cytometerBeckmanC09756CYTOFlex
Glutaraldehyde 25%Sigma AldrichG5882Or different company
Green fluorescent dyeSigma AldrichS9430SYBR Green I - 1:10,000 final dilution
Hydrophilic GP filter cartridge - 0.2 µmMerckC3235Sterivex filter
In Situ Chemotaxis Assay (ISCA)--Contact corresponding authors
Laser cutterEpilog LaserFusion pro 32Or different company
Luria Bertani BrothSigma AldrichL3022Or different company
Marine Broth 2216VWR90004-006Difco
Nylon slotted flat head screwsMcMaster-Carr92929A243M 2 × 4 × 8 mm
Pipette setFisher Scientific05-403-151Or different company
Pipette tips - 1 mLFisher Scientific21-236-2AOr different company
Pipette tips - 20 µLFisher Scientific21-236-4Or different company
Pipette tips - 200 µLFisher Scientific21-236-1Or different company
Sea saltSigma AldrichS9883For artificial seawater
Serological pipette - 50 mLSigma AldrichSIAL1490-100EAOr different company
Syringe filter - 0.02 µmWhatmanWHA68091002Anatop filter
Syringe filter - 0.2 µmFisher Scientific10695211Or different company
Syringe needle 27GHenke Sass Wolf47100040200.4 × 12 mm
Syringes - 1 mLCodau329650Insulin Luer U-100
Syringes - 10 mLBD303134Or different company
Syringes - 50 mLBD15899152Or different company
Tube rack - 15 mLThomas Scientific1159V80Or different company
Tube rack - 50 mLThomas Scientific1159V80Or different company
Uncoated High-Speed Steel General Purpose TapMcMaster-Carr8305A77Or different company
Vacuum filter - 0.2 µmMerckSCGPS05RESteritop filter

  1. Stocker, R. Marine microbes see a sea of gradients. Science. 338, 628-633 (2012).
  2. Raina, J. B., Fernandez, V., Lambert, B., Stocker, R., Seymour, J. R. The role of microbial motility and chemotaxis in symbiosis. Nature Reviews Microbiology. 17, 284-294 (2019).
  3. Chet, I., Asketh, P., Mitchell, R. Repulsion of bacteria from marine surfaces. Applied Microbiology. 30, 1043-1045 (1975).
  4. Smriga, S., Fernandez, V. I., Mitchell, J. G., Stocker, R. Chemotaxis toward phytoplankton drives organic matter partitioning among marine bacteria. PNAS. 113, 1576-1581 (2016).
  5. Matilla, M., Krell, T. The effect of bacterial chemotaxis on host infection and pathogenicity. FEMS Microbiology Reviews. 42, (2018).
  6. Adler, J. Chemotaxis in bacteria. Science. 153, 708-716 (1966).
  7. Adler, J., Dahl, M. M. A method for measuring the motility of bacteria and for comparing random and non-random motility. Journal of General Microbiology. 46, 161-173 (1967).
  8. Ahmed, T., Shimizu, T. S., Stocker, R. Microfluidics for bacterial chemotaxis. Integrative Biology. 2, 604-629 (2010).
  9. Hol, F. J. H., Dekker, C. Zooming in to see the bigger picture: microfluidic and nanofabrication tools to study bacteria. Science. 346, 1251821 (2014).
  10. Rusconi, R., Garren, M., Stocker, R. Microfluidics expanding the frontiers of microbial ecology. Annual Review of Biophysics. 43, 65-91 (2014).
  11. Lambert, B. S., et al. A microfluidics-based in situ chemotaxis assay to study the behaviour of aquatic microbial communities. Nature Microbiology. 2, 1344-1349 (2017).
  12. Marie, D., Partensky, F., Jacquet, S., Vaulot, D. Enumeration and cell cycle analysis of natural populations of marine picoplankton by flow cytometry using the nucleic acid stain SYBR Green I. Applied Environmental Microbiology. 63, 186-193 (1997).
  13. Rinke, C., et al. Obtaining genomes from uncultivated environmental microorganisms using FACS-based single-cell genomics. Nature Protocols. 9, 1038-1048 (2014).
  14. Gaworzewska, E. T., Carlile, M. J. Positive chemotaxis of Rhizobium leguminosarum and other bacteria towards root exudates from legumes and other plants. Microbiology. , (1982).
  15. Walker, T. S., Bais, H. P., Grotewold, E., Vivanco, J. M. Root exudation and rhizosphere biology. Plant Physiology. 132, 44-51 (2003).

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved