In Situ Chemotaxis Assay at undersøge mikrobiel adfærd i akvatiske økosystemer

Præsenteret her er protokollen for en in situ chemotaxis assay, en nyligt udviklet mikrofluidic enhed, der muliggør undersøgelser af mikrobiel adfærd direkte i miljøet.

Mikrobiel adfærd, såsom motilitet og chemotaxis (en celles evne til at ændre dens bevægelse som reaktion på en kemisk gradient), er udbredt på tværs af de bakterielle og arkaeale domæner. Chemotaxis kan resultere i betydelige fordele ved ressourceerhvervelse i heterogene miljøer. Det spiller også en afgørende rolle i symbiotiske interaktioner, sygdom og globale processer, såsom biogeokemisk cykling. De nuværende teknikker begrænser imidlertid chemotaxis-forskningen til laboratoriet og kan ikke let anvendes på området. Præsenteret her er en trin-for-trin protokol for indsættelsen af in situ chemotaxis assay (ISCA), en enhed, der muliggør robust forhør af mikrobielle chemotaxis direkte i det naturlige miljø. ISCA er en mikrofluidisk enhed bestående af et 20 brøndsystem, hvor kemikalier af interesse kan indlæses. Når indsat i vandige miljøer, kemikalier diffuse ud af brøndene, skabe koncentration gradienter, mikrober forstand og reagere på ved at svømme ind i brøndene via chemotaxis. Brøndindholdet kan derefter udtages prøver og bruges til (1) kvantificering af styrken af de chemotactic reaktioner på specifikke forbindelser gennem flow cytometri, (2) isolere og kultur lydhør mikroorganismer, og (3) karakterisere identitet og genomiske potentiale af de responderende populationer gennem molekylære teknikker. ISCA er en fleksibel platform, der kan implementeres i ethvert system med en vandig fase, herunder hav-, ferskvands- og jordmiljøer.

Forskellige mikroorganismer bruger motilitet og chemotaxis til at udnytte spredte næringsstof miljøer, finde værter, eller undgå skadelige betingelser^1,,2,3. Denne mikrobielle adfærd kan igen påvirke satserne for kemisk transformation^{4 og} fremme symbiotiske partnerskaber på tværs af terrestriske, ferskvands- og marine økosystemer^2,5.

Chemotaxis er blevet grundigt undersøgt under laboratorieforhold i de sidste 60 år⁶. Den første kvantitative me....

Vi anbefaler, at du udfører afsnit 1 før felteksperimenter for at optimere resultaterne.

1. Laboratorieoptimering

BEMÆRK: De mængder, der er beskrevet i optimeringsproceduren, er tilstrækkelige til en enkelt ISCA (bestående af 20 brønde).

1. Fremstilling af kemikaliet af interesse
   BEMÆRK: Den optimale koncentration for hvert kemoattractant skal ofte bestemmes under laboratorieforhold forud for feltindsættelser. Det kemiske koncentrationsfelt vil f.......

Dette afsnit præsenterer laboratorieresultater ved hjælp af ISCA til at teste den chemotactic respons af marine mikrober til en koncentration vifte af glutamin, en aminosyre kendt for at tiltrække jordbakterier¹⁴. Koncentrationen af glutamin, der fremkaldte den stærkeste chemotactic respons i laboratorieundersøgelser blev brugt til at udføre en chemotaxis assay i havmiljøet.

Til at udføre laboratorietest, havvand samfund udtaget fra kystvand i Sydney, Australien.......

På omfanget af akvatiske mikroorganismer er miljøet langt fra homogent og er ofte karakteriseret ved fysiske/kemiske gradienter, der strukturerer mikrobielle^{samfund 1,,15}. Motile mikroorganismers evne til at bruge adfærd (dvs. chemotaxis) gør det lettere at fouragere inden for disse heterogene mikromiljøer¹. Undersøgelse af chemotaxis direkte i miljøet har potentiale til at identificere vigtige interspecifik interaktioner og kemiske.......

Denne forskning blev finansieret delvist af Gordon og Betty Moore Foundation Marine Microbiology Initiative, gennem tilskud GBMF3801 til JRS og RS, og en Investigator Award (GBMF3783) til RS, samt en australsk Research Council Fellowship (DE160100636) til J.B.R., en pris fra Simons Foundation til B.S.L. (594111), og et tilskud fra Simons Foundation (542395) til R.S. som en del af principperne for mikrobielle økosystemer (PriME) Collaborative.