In Situ Chemotaxis Assay att undersöka mikrobiellt beteende i akvatiska ekosystem

Presenteras här är protokollet för en in situ chemotaxis analys, en nyligen utvecklad mikrofluidic enhet som möjliggör studier av mikrobiellt beteende direkt i miljön.

Mikrobiella beteenden, såsom motilitet och chemotaxis (förmågan hos en cell att ändra sin rörelse som svar på en kemisk gradient), är utbredd över bakterie-och arkaeala domäner. Chemotaxis kan resultera i betydande resursförvärvsfördelar i heterogena miljöer. Det spelar också en avgörande roll i symbiotiska interaktioner, sjukdomar och globala processer, såsom biogeokemisk cykling. Men nuvarande tekniker begränsar chemotaxis forskning till laboratoriet och är inte lätt tillämpliga inom området. Presenteras här är ett steg-för-steg-protokoll för utplacering av in situ chemotaxis assay (ISCA), en enhet som möjliggör robust förhör av mikrobiell chemotaxis direkt i den naturliga miljön. ISCA är en mikrofluidisk enhet som består av en 20 brunnsmatris, där kemikalier av intresse kan laddas. När de är utplacerade i vattenhaltiga miljöer sprider sig kemikalier ur brunnarna, vilket skapar koncentrationsgradienter som mikrober känner av och reagerar på genom att simma in i brunnarna via chemotaxis. Brunnsinnehållet kan sedan samplas och användas för att (1) kvantifiera styrkan hos de chemotactic svaren på specifika föreningar genom flödescytometri, (2) isolera och kultur lyhörda mikroorganismer, och (3) karakterisera identitet och genomisk potential av de svarande populationerna genom molekylära tekniker. ISCA är en flexibel plattform som kan användas i alla system med en vattenfas, inklusive marina miljöer, sötvatten och jord.

Olika mikroorganismer använder motilitet och chemotaxis att utnyttja ojämna näringsmiljöer, hitta värdar, eller undvika skadliga förhållanden^1,2,3. Dessa mikrobiella beteenden kan i sin tur påverka andelen kemisk omvandling^{4 och} främja symbiotiska partnerskap över land-, sötvatten och marina ekosystem^2,5.

Chemotaxis har studerats ingående under laboratorieförhållanden under de senaste 60 åren⁶. Den första kvantitativa metoden för att studera c....

Vi rekommenderar att du utför avsnitt 1 före fältexperiment för att optimera resultaten.

1. Optimering av laboratorium

OBS: De volymer som beskrivs i optimeringsförfarandet är tillräckliga för en enda ISCA (som består av 20 brunnar).

1. Förberedelse av kemikalien av intresse
   OBS: Den optimala koncentrationen för varje kemoattratant behöver ofta bestämmas under laboratorieförhållanden före fältutplaceringar. Det kemiska koncentrationsfälte.......

Detta avsnitt presenterar laboratorieresultat med hjälp av ISCA för att testa den chemotactic svar marina mikrober till en koncentrationsintervall av glutamin, en aminosyra kända för att locka jordbakterier¹⁴. Koncentrationen av glutamin som framkallat den starkaste chemotactic svaret i laboratorietesterna användes för att utföra en chemotaxis analys i den marina miljön.

För att utföra laboratorietesterna berikades havsvattensamhällen som provsmakades från k.......

På skalan av vattenlevande mikroorganismer, är miljön långt ifrån homogen och kännetecknas ofta av fysikaliska / kemiska gradienter som strukturerar mikrobiella samhällen^1,15. Kapaciteten hos motil mikroorganismer att använda beteende (dvs. chemotaxis) underlättar födosök inom dessa heterogena mikromiljöer¹. Att studera kemotaxis direkt i miljön har potential att identifiera viktiga interspecifika interaktioner och kemiska pre.......

Denna forskning finansierades delvis av Gordon och Betty Moore Foundation Marine Microbiology Initiative, genom bidrag GBMF3801 till JRS och RS, och en investigator Award (GBMF3783) till RS, samt en Australian Research Council Fellowship (DE160100636) till J.B.R., en utmärkelse från Simons Foundation till B.S.L. (594111), och ett anslag från Simons Foundation (542395) till R.S. som en del av Principles of Microbial Ecosystems (PriME) Collaborative.