In Situ Chemotaxis Assay para examinar o comportamento microbiano em ecossistemas aquáticos

Apresentado aqui está o protocolo para um ensaio in situ chemotaxis, um dispositivo microfluido recentemente desenvolvido que permite estudos de comportamento microbiano diretamente no ambiente.

Comportamentos microbianos, como motilidade e quimiotaxis (a capacidade de uma célula alterar seu movimento em resposta a um gradiente químico), são difundidos através dos domínios bacteriano e arqueológico. A quimiotaxis pode resultar em vantagens substanciais de aquisição de recursos em ambientes heterogêneos. Também desempenha um papel crucial nas interações simbióticas, doenças e processos globais, como o ciclismo biogeoquímico. No entanto, as técnicas atuais restringem a pesquisa de quimitaxis ao laboratório e não são facilmente aplicáveis no campo. Apresentado aqui é um protocolo passo-a-passo para a implantação do ensaio in situ chemotaxis (ISCA), um dispositivo que permite um interrogatório robusto de quimitaxis microbianas diretamente no ambiente natural. O ISCA é um dispositivo microfluido que consiste em uma matriz de 20 poços, na qual produtos químicos de interesse podem ser carregados. Uma vez implantados em ambientes aquosos, os produtos químicos difundem-se dos poços, criando gradientes de concentração que os micróbios sentem e respondem nadando nos poços via quimiotaxis. Os conteúdos do poço podem então ser amostrados e utilizados para (1) quantificar a força das respostas quimotacticas a compostos específicos através da citometria de fluxo, (2) microrganismos responsivos isolados e culturais, e (3) caracterizar a identidade e o potencial genômico das populações que respondem através de técnicas moleculares. O ISCA é uma plataforma flexível que pode ser implantada em qualquer sistema com uma fase aquosa, incluindo ambientes marinhos, de água doce e solo.

Diversos microrganismos usam motilidade e quimiotaxis para explorar ambientes de nutrientes irregulares, encontrar hospedeiros ou evitar condições deletérios^1,,2,3. Esses comportamentos microbianos podem, por sua vez, influenciar as taxas de transformação química⁴ e promover parcerias simbióticas entre os ecossistemas terrestres, de água doce e marinha^2,,5.

A quimiotaxis tem sido extensivamente estudada em condições laboratoriais nos últimos 60 anos^....

Recomendamos executar a seção 1 antes de experimentos de campo para otimizar resultados.

1. Otimização laboratorial

NOTA: Os volumes descritos no procedimento de otimização são suficientes para um único ISCA (composto por 20 poços).

1. Preparação do produto químico de interesse
   NOTA: A concentração ideal para cada quimioattractant muitas vezes precisa ser determinada em condições laboratoriais antes das implantações de campo. O campo de c.......

Esta seção apresenta resultados laboratoriais usando o ISCA para testar a resposta quimotactica de micróbios marinhos a uma faixa de concentração de glutamina, um aminoácido conhecido por atrair bactérias do solo¹⁴. A concentração de glutamina que provocou a resposta quimotactica mais forte nos testes laboratoriais foi utilizada para a realização de um ensaio de quimiotaxis no ambiente marinho.

Para realizar os testes laboratoriais, as comunidades de água do.......

Na escala dos microrganismos aquáticos, o ambiente está longe de ser homogêneo e muitas vezes é caracterizado por gradientes físicos/químicos que estruturam comunidades microbianas^1,,15. A capacidade dos microrganismos motile de usar o comportamento (ou seja, quimiotaxis) facilita o forrageamento dentro desses microambientes heterogêneos¹. Estudar quimiotaxis diretamente no ambiente tem o potencial de identificar importantes intera?.......

Esta pesquisa foi financiada em parte pela Iniciativa de Microbiologia Marinha da Fundação Gordon e Betty Moore, através da concessão GBMF3801 a J.R.S. e R.S., e um Prêmio investigador (GBMF3783) para a R.S., bem como uma Bolsa do Conselho de Pesquisa Australiano (DE160100636) para J.B.R., um prêmio da Simons Foundation para B.S.L. (594111), e uma bolsa da Simons Foundation (542395) para r.S. como parte dos Princípios dos Ecossistemas Microbianos (PriME) Colaborativo.