Les biofilms microbiens forment des architectures complexes en interphases et se développent en modèles spatiaux très dépendants de l'échelle. Ici, nous introduisons un système expérimental (dur et logiciel) pour l'acquisition automatisée de jeux de données de tomographie de cohérence optique 3D (OCT). Cet ensemble d'outils permet la caractérisation non invasive et multi-échelle de la morphogénèse du biofilm dans l'espace et le temps.
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Article de méthode
Tomographie automatisée de cohérence optique 3D pour élucider la morphogénèse du biofilm sur de grandes échelles spatiales
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les biofilms sont un mode de vie microbien très réussi et prévalent dans une multitude de milieux environnementaux et d'ingénierie. Comprendre la morphogénèse du biofilm, c'est-à-dire la diversification structurelle des biofilms lors de l'assemblage communautaire, représente un défi remarquable à travers les échelles spatiales et temporelles. Ici, nous présentons un système automatisé d'imagerie biofilm basé sur la tomographie de cohérence optique (OCT). OCT est une technique d'imagerie émergente dans la recherche sur les biofilms. Cependant, la quantité de données qui peuvent actuellement être acquises et traitées entrave l'inférence statistique des modèles à grande échelle dans la morphologie des biofilms. Le système automatisé d'imagerie OCT permet de couvrir de grandes échelles spatiales et temporelles étendues de la croissance des biofilms. Il combine un système OCT disponible dans le commerce avec une plate-forme de positionnement robotique et une suite de solutions logicielles pour contrôler le positionnement de la sonde de balayage OCT, ainsi que l'acquisition et le traitement de jeux de données d'imagerie biofilm 3D. Cette configuration permet la surveillance automatisée in situ et non invasive du développement de biofilms et peut être développée pour coupler l'imagerie OCT avec la macrophotographie et le profilage des microcapteurs.
Introduction
Les biofilms sont une adaptation microbienne très réussie du mode de vie et ces communautés de micro-organismes associées à l'interphase et fermées par matrice dominent la vie microbienne dans les milieux naturels et industriels1,2. Là, les biofilms forment des architectures complexes, telles que les banderoles allongées3, ondulations4 ou les bouchons en forme de champignon5 avec des conséquences importantes pour la croissance des biofilms, la stabilité structurelle et la résistance au stress6. Bien que beaucoup de ....
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Protocole
1. Configuration de l'appareil de positionnement
- Câblez le dispositif de positionnement à un tableau de microcontrôleur, suivant l'instruction en https://github.com/grbl/grbl/wiki/Connecting-Grbl.
- Connectez le microcontrôleur à un ordinateur à une seule carte avec connexion Internet via un câble USB et installez le serveur GRBL tel que décrit dans https://gitlab.com/FlumeAutomation/GRBL_Server.git. Maintenant, le dispositif de positionnement doit être navigable à partir d'une page Web hébergée à http://IP:5020/. Alternativement, le dispositif de positionnement peut être navigué avec un script Python, comme démontré dans la première partie ....
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Résultats
Nous démontrons la fonctionnalité du système automatisé d'imagerie OCT à l'aide d'une expérience de flume conçue pour étudier la morphogenèse spatio-temporelle des biofilms de flux phototrophiques. Une géométrie de rétrécissement progressif des flumes induits gradients de vitesse d'écoulement le long du centre de la canalisation (voir la référence17). Le développement temporel et la différenciation structurelle du biofilm ont été surveillés pendant 18 jours dans le but de mieux comprendre les effet.......
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Discussion
L'imagerie OCT est bien adaptée pour résoudre les structures de la gamme micrométrique avec un FOV de plusieurs millimètres carrés. C'est donc un outil puissant pour la recherche biofilm10,18. Cependant, l'OCT est actuellement limité à une surface d'analyse maximale de 100 à 256 mm2,tandis que les modèles structurels du biofilm dépassent souvent cette échelle spatiale19, surtout lorsque la différenciation morphologique est entra.......
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Déclarations de divulgation
Sebastian Schàfer est employé chez Thorlabs Inc.
Remerciements
Nous remercions Mauricio Aguirre Morales pour sa contribution au développement de ce système. Le soutien financier est venu de la Fondation nationale suisse pour la science à T.J.B.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Sonde OCT | Thorlabs | GAN210C1 | appareil d’imagerie OCT |
| Lentille de balayage OCT | Thorlabs ; | OCT-LK3-BB | |
| Adaptateur d’immersion | Thorlabs ; | OCT-IMM3-SP1 | |
| Stepcraft 840 CK | STEPCRAFT | NA | dispositif de positionnement |
| microcontrôleur | Arduino Uno R3 | ||
| Ordinateur monocarte | Raspberry PI | NA | |
| caméra | Canon EOS 7D Mark II | Objectif de | |
| caméra | Canon MACRO EFS 35 mm | NA |
Références
- Flemming, H. C., Wingender, J. The biofilm matrix. Nature reviews. Microbiology. 8, 623-633 (2010).
- Flemming, H. -C., et al. Biofilms: an emergent form of bacterial life. Nature reviews. Microbiology. 14, 563(2016).
- Stoodley, P., Lewandowski, Z., Boyle, J. D., Lappin-Scott....
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Réimpressions et autorisations
