Este protocolo presenta un método rápido y eficiente para identificar los factores genéticos involucrados en varios tipos de motilidades en Pseudomonas aeruginosa.
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Este protocolo presenta un método rápido y eficiente para identificar los factores genéticos involucrados en varios tipos de motilidades en Pseudomonas aeruginosa.
Los comportamientos de motilidad a menudo juegan un papel importante en la capacidad de una bacteria para explotar los recursos disponibles en su entorno. Esto es particularmente cierto para el patógeno versátil Pseudomonas aeruginosa, que puede exhibir diversos tipos de motilidades, incluyendo enjambre y espasmos, que son rasgos patógenos importantes que contribuyen a la colonización de la superficie, la formación de biopelículas y la evasión de las defensas del huésped. Este manuscrito presenta un protocolo de motilidad de alto rendimiento para estudiar los comportamientos de motilidad de P. aeruginosa. El protocolo permite, por ejemplo, realizar pruebas simultáneas de múltiples cepas de P. aeruginosa a partir de una biblioteca de mutantes de todo el genoma, para identificar y analizar los factores genéticos implicados en su motilidad. El enfoque ofrece la posibilidad de estudiar la motilidad de manera integral y conocer los mecanismos moleculares que subyacen a la motilidad de P. aeruginosa . El protocolo descrito aquí también puede modificarse para adaptarse a diferentes tipos de ensayos de motilidad, así como a otras especies bacterianas, proporcionando así una poderosa plataforma para avanzar en la comprensión del comportamiento bacteriano en diversos contextos.
Pseudomonas aeruginosa es un patógeno oportunista que puede colonizar diversos ambientes debido a su notable versatilidad metabólica 1,2. Esta versatilidad es crucial para la transición de un modo de crecimiento planctónico a biopelículas, lo que contribuye a su capacidad para prosperar en una amplia gama de nichos que van desde el agua hasta el cuerpo humano 3,4,5. La transición entre estos modos de crecimiento se ve favorecida por una amplia capacidad para moverse a través de estos entornos utilizando varios tipos de motilidad, incluyendo la natación, el enjambre y los espasmos 1,6. Cada tipo de motilidad está mediada por distintos mecanismos y estructuras celulares y permite a P. aeruginosa responder a las señales ambientales 7,8. La motilidad natatoria es impulsada por un solo flagelo polar y se utiliza para moverse a través de medios líquidos hacia los nutrientes, por ejemplo9. La motilidad del enjambre es un movimiento coordinado facilitado por la producción de flagelos y biosurfactantes y permite que las colonias se extiendan a través de superficies semisólidas10,11. Por último, la motilidad espasmódica es independiente de los flagelos. En cambio, los espasmos están mediados por pili tipo IV (T4P) y se utilizan para moverse sobre superficies12,13. La motilidad espasmódica también contribuye a los primeros pasos de la formación de biopelículas de P. aeruginosa al proporcionar una adhesión inicial a la superficie. Después de la unión inicial, los espasmos permiten que las bacterias se muevan a través de las superficies y creen microcolonias, que luego pueden convertirse en biopelículas maduras 1,4,13.
Tradicionalmente, los ensayos de motilidad bacteriana se realizan individualmente, una cepa a la vez, en una placa de agar blanda o utilizando métodos de microscopía 6,14,15. Los medios semisólidos se han utilizado durante muchos años en el estudio de la motilidad bacteriana. Hoy en día, estas técnicas se siguen utilizando para identificar los fenotipos de motilidad en las bacterias. Por ejemplo, tradicionalmente, la motilidad del enjambre se observa inoculando 2,5 μL de un cultivo de P. aeruginosa en el centro de una placa de Petri que contiene medios M9 a una concentración de agar de 0,5%-0,8%16. La motilidad de los espasmos se mide generalmente observando la propagación de las bacterias en la superficie de la interfaz entre el agar (al 1%) y la base de una placa de Petri después de que una puñalada inocula P. aeruginosa a través de los medios de cultivo. A las 48 h de incubación se obtiene un gran halo de expansión de colonias intersticiales, mientras que las cepas no espasmódicas no producen dicha zona de expansión de colonias 1,17,18.
Más recientemente, los enfoques de mutagénesis por transposones han descubierto nuevos genes implicados en la motilidad o formación de biopelículas en P. aeruginosa 19,20,21. Por ejemplo, se encontraron nuevos genes implicados en la motilidad de los espasmos utilizando una biblioteca de mutantes de transposones de alta densidad en P. aeruginosa19. Otra herramienta útil en genómica funcional es el uso de colecciones ordenadas de mutantes22,23. La colecciónKeio 24, que contiene deleciones de un solo gen para todos los genes no esenciales en Escherichia coli, es probablemente la colección más conocida de mutantes y se ha utilizado para definir genes que afectan a varios fenotipos, desde el crecimiento en diferentes medios25 hasta la morfología celular26 y más. Tales colecciones también están disponibles para Salmonella enterica serovar, Typhimurium27, Bacillus subtilis28, P. aeruginosa29, así como muchas otras especies. Estas colecciones también son adecuadas para estudiar la motilidad en todo el genoma, lo que lleva al desarrollo de un método de alto rendimiento para estudiar la motilidad de P. aeruginosa. Aquí, el método se ha probado evaluando la contribución de los mutantes de P. aeruginosa a la motilidad tanto de espasmos como de enjambre en placas de alta densidad. Este método de alto rendimiento se puede utilizar para varios fenotipos de motilidad y también es adecuado para estudiar la motilidad de otras bacterias.
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NOTA: El flujo de trabajo general de este procedimiento se describe en la Figura 1.

Figura 1: Flujo de trabajo experimental. (1) Prepare la cantidad necesaria de medios de motilidad en función del tipo de motilidad de interés en los experimentos. (2) Utilizando un sistema de replicación manual o automatizado, prepare las placas madre para la biblioteca de mutantes de inserción de transposones de P. aeruginosa de la colección mutante a la densidad adecuada, haciendo hincapié en la inoculación precisa y uniforme en todos los pocillos de las placas. (3) Transfiera muestras de las placas de origen de la colección de mutantes a las placas de motilidad. (4) Después de la incubación, observar y analizar los fenotipos de motilidad e identificar los genes implicados en la motilidad de interés utilizando imágenes de alta calidad. (5) Realizar ensayos de motilidad tradicionales para validar los resultados identificados a través de experimentos de motilidad de alto rendimiento. Creado con BioRender. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Placas de enjambre - Medios M9 | Placas de contracción - Medios LB | Placas de origen - Medios LB |
| 200 mL de una solución de 5 sales M9 | 10 g de NaCl | 10 g de NaCl |
| 10 mL de glucosa al 20% | 10 g de triptona | 10 g de triptona |
| 25 mL de ácidos casamino | 5 g de extracto de levadura | 5 g de extracto de levadura |
| 1 mL de 1M MgSO4 | 10 g de agar | 15 g de agar |
| 500 mL de agar al 1% | Añadir dH2O a 1L | Añadir dH2O a 1L |
| Añadir dH2O a 1L | Gentamicina (concentración final 15 μg/mL) |
Tabla 1: Composición de los medios para las distintas placas utilizadas en el ensayo.
1. Preparación de placas de medio de cultivo
NOTA: Consulte la Tabla de Materiales para preparar las soluciones de stock y las condiciones de almacenamiento. Las placas deben llenarse sobre una superficie nivelada. Al secar, las placas deben estar planas sobre la superficie (es decir, no apiladas). Esto asegura que el medio de cultivo en la placa se seque de manera uniforme. Cualquier placa uniwell con una huella típica puede funcionar, pero las placas con dimensiones internas más grandes (sin paredes interiores), como las placas Singer Instruments Plus o las placas de cultivo de tejidos no tratadas de un solo pocillo de VWR, facilitan el trabajo con una mayor densidad de colonias por placa.
2. Preparación de placas fuente de la biblioteca de transposones mutantes de P. aeruginosa
NOTA: Las placas fuente se refieren a las placas de LBA-gentamicina que contienen una copia de la biblioteca PA14 que se utilizan posteriormente para inocular las placas de motilidad. La biblioteca de mutantes de transposones de P. aeruginosa (biblioteca PA14) es un conjunto de 59 placas congeladas de 96 pocillos29. A continuación se describen los pasos para preparar las placas de origen para cada formato. Este protocolo es adaptable para laboratorios que no tienen acceso al replicador Rotor+. Los investigadores pueden realizar con éxito los mismos procedimientos experimentales utilizando replicadores manuales, como los replicadores de 96 pines accionados por resorte que se utilizan aquí para la replicación de las placas congeladas de la biblioteca PA14 durante el Día 1 (consulte la Tabla de Materiales) o cualquier otro replicador de 96 pines. Los replicadores manuales deben esterilizarse y dejarse enfriar entre cada uso.

Figura 2: Aumento de escala de placas de 96 a 384 placas de densidad. Las colonias de cuatro placas fuente de densidad 96 se transfieren y se fusionan en una sola placa de densidad 384. Cada cuadrante de la placa de densidad 384 corresponde a una de las placas originales de 96 pocillos (rojo, azul, amarillo y verde), preservando la posición de cada mutante. Creado con BioRender. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Experimento de motilidad de alto rendimiento
NOTA: El protocolo se realizó aquí en formato de densidad 384, pero el mismo protocolo se puede adaptar a un formato de densidad 96 modificando los parámetros en el replicador para transferir de las placas de origen a las placas de motilidad utilizando la selección 96 en lugar de 384.
4. Análisis de los fenotipos de motilidad
NOTA: El análisis de la imagen se realiza como se describe en detalle en French et al.30,31. Un script para realizar análisis de datos está disponible en31 (ImageJ Macro).
5. Ensayos de motilidad tradicionales para la validación de aciertos
NOTA: Después de observar mutantes con motilidad impactada en el protocolo de motilidad de alto rendimiento, es importante validar los resultados obtenidos individualmente. El protocolo de motilidad individual difiere del utilizado para las pruebas de alto rendimiento, pero los medios utilizados son los mismos.
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Utilizamos este protocolo para caracterizar el efecto de la inactivación génica sobre la motilidad de P. aeruginosa en alto rendimiento. Aquí, detallamos su uso para estudiar la motilidad de enjambre y espasmos en una colección de deleción de P en todo el genoma. cepa aeruginosa PA14 (biblioteca PA14). El protocolo ofrece una gran versatilidad y facilidad de uso, permitiendo modificaciones en diferentes pasos del protocolo, como el uso de diferentes medios de ...
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El protocolo de motilidad de alto rendimiento descrito aquí nos permite procesar y analizar el fenotipo de motilidad de muchas colonias con precisión y reproducibilidad. En comparación con los métodos manuales tradicionales, este enfoque semiautomatizado aumenta la escalabilidad y el rendimiento de los ensayos de motilidad para permitir la evaluación de la motilidad bacteriana en todo el genoma. El protocolo se ha optimizado para su uso con la biblioteca PA14, pero este ensayo podría usa...
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Los autores declaran no divulgar.
Agradecemos al laboratorio Surette de la Universidad McMaster por proporcionar una copia de la biblioteca PA14. Agradecemos al Dr. Fabrice Jean-Pierre por sus útiles comentarios sobre el manuscrito. Este trabajo contó con el apoyo del Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (RGPIN-2019-06044) y una beca inicial para nuevos investigadores del Fonds de recherche du Québec - Santé (FRQS; #295613). J.-P.C. es titular de una beca Chercheur boursier junior 2 del Fonds de recherche du Québec-Santé (FRQS).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 96 placas de pozo | Corning | 3701 | |
| Agar | Fisher Scientific & nbsp; | BP1423-2 | Concentración final del 0,5% para motilidad en enjambre o 1% para motilidad de espasmos, respectivamente. |
| Ácidos Casamino | Fisher Scientific & nbsp; | 223050 | Prepara un 20% de agua. El filtro esteriliza con un 0,22 y mu; m filtrar y almacenar a 4 °C. Concentración final 0,5% en medio mínimo M9. |
| Violeta cristalino | Bio Básico | CB0331 | Prepara una solución al 1% en agua. |
| D-Glucosa | Bio Básico | GB0219 | Prepara un stock del 20% (1,1 M) en agua y esterilízalo mediante autoclave. Concentración final 0,2% en medio mínimo M9. |
| Filtropur S 0,2 | Sarstedt | 83.1826.001 | |
| Sulfato de gentamicina | Bio Básico | GB0217 | Prepara un caldo de 30 mg/ml en agua. El filtro esteriliza con un 0,22 y mu; M filtra y almacena a 4 grados; C y guion; concentración final en las láminas 15 y micro; g/mL... |
| Inoculación de Bucle y Aguja | Fisher Scientific & nbsp; | 22363597 | |
| M9 Sales Mínimas, 5X y nbsp; | Fisher Scientific & nbsp; | 248510 | Prepara un stock de 1M en agua y esteriliza con autoclave. Concentración final 1 mM en medio mínimo M9. |
| Sulfato de Magnesio (MgSO4) y nbsp; | Fisher Scientific & nbsp; | M63-500 | Prepara un caldo de MgSO4 de 1 m en agua. El filtro esteriliza con un 0,22 y mu; Filtro M y guárdalo a temperatura ambiente. Concentración final |
| Biblioteca de mutantes de inserción de transposones PA14 | Liberati et al., 2006 (véase la referencia 29) | 59 planchas de 96 pozos para toda la colección. Cada pozo contiene un solo mutante en LB con un 25% de glicerol. | |
| placa de Petri 92x16mm | Sarstedt | 82.1473.001 | |
| PhenoBooth+ | Instrumentos de cantante | https://www.singerinstruments.com/solution/phenobooth/specification/ | Disolve 11,3 g del polvo en 200 mL de agua purificada. Autoclave en 121 y grados; C durante 15 min. |
| Jeringuilla de plástico 10 mL | Fisher Scientific & nbsp; | 14955459 | |
| Rotor+ | Instrumentos de cantante | https://www.singerinstruments.com/resource/rotor-had/ | |
| Densidades de 384 RePads de pines cortos | Instrumentos de cantante | REP-004 | |
| RePads de pinos cortos 96 densidades | Instrumentos de cantante | REP-002 | |
| Cloruro de sodio (NaCl) | Fisher Scientific & nbsp; | BP358-212 | |
| Replicador de 96 pines con resorte | EnzyScreen | CR1000 | |
| Cuchilla quirúrgica de acero inoxidable nº 25 | Fisher Scientific & nbsp; | 08-918-5F | |
| Triptona y nbsp; | Oxoid | LP0042B | |
| Placas Uniwell | Instrumentos de cantante | PlusPlates: PLU-003 | Dimensión de la placa: 54 y más veces; 34 y más veces; 38 cm - sin paredes interiores, que proporcionan dimensiones internas mayores. |
| Placas Uniwell | VWR | Placas de cultivo de tejido de pozo único: 75780-348 | Mismas dimensiones que las PlusPlates. |
| Extracto de levadura | Fisher Scientific & nbsp; | 248510 |
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