Test de chimiotaxis in situ pour examiner le comportement microbien dans les écosystèmes aquatiques

Présenté ici est le protocole pour un test de chimiotaxis in situ, un dispositif microfluidique récemment développé qui permet des études du comportement microbien directement dans l’environnement.

Les comportements microbiens, tels que la motilité et la chimiotaxis (la capacité d’une cellule à modifier son mouvement en réponse à un gradient chimique), sont répandus dans les domaines bactérien et archéal. Les chimiotaxis peuvent se traduire par d’importants avantages d’acquisition de ressources dans des environnements hétérogènes. Il joue également un rôle crucial dans les interactions symbiotiques, les maladies et les processus mondiaux, tels que le cyclisme biogéochimique. Cependant, les techniques actuelles limitent la recherche de chimiotaxis au laboratoire et ne sont pas facilement applicables sur le terrain. Présenté ici est un protocole étape par étape pour le déploiement de l’essai in situ chemotaxis (ISCA), un dispositif qui permet un interrogatoire robuste de chimiotaxis microbienne directement dans l’environnement naturel. L’ISCA est un dispositif microfluidique composé d’un réseau de 20 puits, dans lequel les produits chimiques d’intérêt peuvent être chargés. Une fois déployés dans des environnements aqueux, les produits chimiques se diffusent hors des puits, créant des gradients de concentration auxquels les microbes sentent et réagissent en nageant dans les puits par le biais de chimiotaxis. Le contenu du puits peut ensuite être échantillonné et utilisé pour (1) quantifier la force des réponses chimiotaxiques à des composés spécifiques par cytométrie de flux, (2) isoler et la culture des micro-organismes sensibles, et (3) caractériser l’identité et le potentiel génomique des populations répondantes par des techniques moléculaires. L’ISCA est une plate-forme flexible qui peut être déployée dans n’importe quel système avec une phase aqueuse, y compris les milieux marins, d’eau douce et de sol.

Divers micro-organismes utilisent la motilité et la chimiotaxis pour exploiter des environnements nutritifs irréguliers, trouver des hôtes, ou éviter les conditions délétères^1,2,3. Ces comportements microbiens peuvent à leur tour influencer les taux de transformation chimique⁴ et favoriser des partenariats symbiotiques entre les écosystèmes terrestres, d’eau douce et marins^2,5.

Chemotaxis a été largement étudié dans des conditions de laboratoire pour les 60 dernières....

Nous recommandons d’exécuter la section 1 avant les expériences sur le terrain afin d’optimiser les résultats.

1. Optimisation de laboratoire

REMARQUE : Les volumes décrits dans la procédure d’optimisation sont suffisants pour un seul ISCA (composé de 20 puits).

1. Préparation du produit chimique d’intérêt
   REMARQUE : La concentration optimale pour chaque chimioattractant doit souvent être déterminée dans des conditions de laboratoire av.......

Cette section présente les résultats de laboratoire utilisant l’ISCA pour tester la réponse chimiotaxique des microbes marins à une gamme de concentration de glutamine, un acide aminé connu pour attirer les bactéries du sol¹⁴. La concentration de glutamine qui a suscité la réponse chimiotactique la plus forte dans les essais de laboratoire a été employée pour effectuer un essai de chemotaxis dans l’environnement marin.

Pour effectuer les tests de laborato.......

À l’échelle des micro-organismes aquatiques, l’environnement est loin d’être homogène et se caractérise souvent par des gradients physiques/chimiques qui structurent les communautés microbiennes^1,15. La capacité des micro-organismes motiles à utiliser le comportement (c.-à-d. la chimiotaxis) facilite la recherche de nourriture dans ces microenvironnements hétérogènes¹. L’étude de la chimiotaxis directement dans l’env.......

Cette recherche a été financée en partie par la Gordon and Betty Moore Foundation Marine Microbiology Initiative, par le biais de la subvention GBMF3801 à J.R.S. et R.S., et un prix d’enquêteur (GBMF3783) à R.S., ainsi qu’une bourse du Conseil australien de recherche (DE160100636) à J.B.R., un prix de la Fondation Simons à B.S.L. (594111), et une subvention de la Fondation Simons (542395) à R.S. dans le cadre des Principes microbiens des écosystèmes microbiens (PriME) Collaborative.