In Situ Chemotaxis Analyse for å undersøke mikrobiell atferd i akvatiske økosystemer

Presentert her er protokollen for en in situ chemotaxis analyse, en nylig utviklet mikrofluidisk enhet som muliggjør studier av mikrobiell oppførsel direkte i miljøet.

Mikrobiell atferd, som motilitet og chemotaxis (en celles evne til å endre bevegelsen som svar på en kjemisk gradient), er utbredt på tvers av bakterielle og arkaeale domener. Chemotaxis kan resultere i betydelige ressursoppkjøpsfordeler i heterogene miljøer. Det spiller også en avgjørende rolle i symbiotiske interaksjoner, sykdom og globale prosesser, som biogeokjemisk sykling. Imidlertid begrenser dagens teknikker chemotaxis forskning til laboratoriet og er ikke lett aktuelt i feltet. Presentert her er en trinnvis protokoll for utplassering av in situ chemotaxis analyse (ISCA), en enhet som muliggjør robust avhør av mikrobielle chemotaxis direkte i det naturlige miljøet. ISCA er en mikrofluidisk enhet bestående av en 20 brønnarray, hvor kjemikalier av interesse kan lastes. Når de er utplassert i vandige miljøer, sprer kjemikalier seg ut av brønnene, og skaper konsentrasjonsgradienter som mikrober fornemmer og reagerer på ved å svømme inn i brønnene via chemotaxis. Brønninnholdet kan deretter samples og brukes til å (1) kvantifisere styrken til de chemotaktiske reaksjonene på spesifikke forbindelser gjennom strømningscytometri, (2) isolere og kulturresponsive mikroorganismer, og (3) karakteriserer identiteten og genomiske potensialet til de responderende populasjonene gjennom molekylære teknikker. ISCA er en fleksibel plattform som kan distribueres i alle system med en vandig fase, inkludert marine, ferskvann og jordmiljøer.

Ulike mikroorganismer bruker motilitet og chemotaxis for å utnytte usammenhengende næringsmiljøer, finne verter eller unngå skadelige^{forhold 1,,2,,3}. Disse mikrobielle atferdene kan igjen påvirke frekvensen av kjemisk transformasjon⁴ og fremme symbiotiske partnerskap på tvers av terrestriske, ferskvann og marine økosystemer^2,,5.

Chemotaxis har blitt grundig studert under laboratorieforhold de siste 60 årene⁶. Den første kvantitative metoden fo....

Vi anbefaler at du utfører del 1 før felteksperimenter for å optimalisere resultatene.

1. Laboratorieoptimalisering

MERK: Volumene som er beskrevet i optimaliseringsprosedyren er tilstrekkelige for en enkelt ISCA (bestående av 20 brønner).

1. Utarbeidelse av kjemikaliet av interesse
   MERK: Den optimale konsentrasjonen for hvert kjemoattractant må ofte bestemmes under laboratorieforhold før feltdistribusjoner. Det kjemiske konsentrasjonsfeltet vil avt.......

Denne delen presenterer laboratorieresultater ved hjelp av ISCA for å teste den chemotaktiske responsen av marine mikrober til et konsentrasjonsområde av glutamin, en aminosyre kjent for å tiltrekke seg jordbakterier¹⁴. Konsentrasjonen av glutamin som fremkalte den sterkeste kjemotaktiske responsen i laboratorietestene ble brukt til å utføre en chemotaxis analyse i det marine miljøet.

For å utføre laboratorietestene ble sjøvannssamfunn samplet fra kystvann i Sy.......

På omfanget av akvatiske mikroorganismer er miljøet langt fra homogent og er ofte preget av fysiske / kjemiske gradienter som strukturerer mikrobielle samfunn^1,15. Kapasiteten til motile mikroorganismer til å bruke atferd (det vil si chemotaxis) letter foraging innenfor disse heterogene mikromiljøene¹. Å studere chemotaxis direkte i miljøet har potensial til å identifisere viktige interspesifikke interaksjoner og kjemiske preferanse.......

Denne forskningen ble delvis finansiert av Gordon og Betty Moore Foundation Marine Microbiology Initiative, gjennom å gi GBMF3801 til J.R.S. og R.S., og en Investigator Award (GBMF3783) til R.S., samt en Australian Research Council Fellowship (DE160100636) til J.B.R., en pris fra Simons Foundation til B.S.L. (594111), og et stipend fra Simons Foundation (542395) til R.S. som en del av prinsippene for mikrobielle økosystemer (PriME) Collaborative.