L’essaimage est une forme collective de motilité bactérienne coordonnée qui augmente la résistance aux antibiotiques et la production de facteurs de virulence dans l’hôte1,2,3. Ce comportement multicellulaire se produit sur les surfaces semi-solides qui ressemblent à celles des couches muqueuses couvrant les membranes épithéliales dans les poumons4,5. Les biosurfacteurs sont généralement produits par des populations grouillantes pour surmonter la tension de surface sur les surfaces et la production de ceux-ci est réglementée par des systèmes complexes de signalisation cellulaire, également connu sous le nom de détection du quorum6,7,8. De nombreuses espèces de bactéries sont capables d’essaimer, y compris Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, et Escherichia coli9,10,11,12. Les modèles d’essaimage créés par les bactéries sont divers et sont affectés par les propriétés physiques et chimiques de la couche de surface, y compris la composition des nutriments, la porosité et l’humidité13,14. En plus des propriétés de surface, la température de croissance et l’humidité ambiante affectent plusieurs aspects de la dynamique des essaimages, y compris le taux d’essaimage et les modèles12,13,14,15. Les variables de croissance qui affectent les essaimages créent des défis qui ont un impact sur la reproductibilité expérimentale et la capacité d’interpréter les résultats. Ici, nous décrivons une méthode standardisée simple pour surveiller la dynamique des essaims bactériens grâce à l’imagerie en time-lapse. La méthode décrit comment contrôler les conditions de croissance critiques qui affectent considérablement la progression de l’essaimage. Par rapport aux méthodes traditionnelles d’analyse des essaims, cette méthode d’imagerie en time-lapse permet de suivre simultanément la motilité de plusieurs essaims pendant de longues périodes et à haute résolution. Ces aspects améliorent la profondeur des données qui peuvent être obtenues en surveillant les essaims et facilitent l’identification des facteurs qui affectent l’essaimage.
L’essaimage dans P. aeruginosa est facilité par la production et la libération de rhamnolipids et 3-(3-hydroxyalkanoyloxy)acides alplacés dans la zone environnante6,16. L’introduction du stress dû aux concentrations subtaltalgiques d’antibiotiques ou d’infection par le virus du phage a une incidence sur l’organisation d’essaims. En particulier, ces contraintes incitent P. aeruginosa à libérer la molécule de détection du quorum 2-heptyl-3-hydroxy-4-quinolone, également connu sous le nom pseudomonas quinolone signal (PQS)17,18. Dans les essais d’essaim qui contiennent deux populations d’essaims, le PQS produit par la population induite par le stress repousse les essaims non traités d’entrer dans la région contenant le stress(figure 1). Cette réponse collective au stress constitue un système de signalisation de communication de danger qui avertit P. aeruginosa au sujet des menaces à proximité18,19. Les effets du stress sur P. aeruginosa, l’activation de la réponse collective au stress, et la répulsion des essaims peuvent être visualisés à l’aide de la méthode d’imagerie time-lapse décrite ici. Le protocole décrit ici explique comment : (1) préparer des plaques d’agar pour essaimage, (2) la culture P. aeruginosa pour deux types d’essais (des essais grouillants traditionnels ou des essais collectifs de réponse au stress)(figure 1), (3) acquérir des images en time-lapse, et (4) utiliser ImageJ pour compiler et analyser les images.
En bref, P. aeruginosa d’une culture de nuit est repéré au milieu d’une plaque d’agar grouillant tandis que P. aeruginosa qui sont infectés par le phage ou traités avec des antibiotiques sont repérés aux positions satellites. La progression de l’essaimage de P. aeruginosa est surveillée sur un scanner à plat de documents de consommation qui est placé dans un incubateur de 37 oC régi par l’humidité. Le scanner est contrôlé par un logiciel qui scanne automatiquement les plaques à intervalles réguliers au cours de la période de croissance de l’essaim, généralement 16-20 h. Cette méthode donne des vidéos simultanées en time-lapse de jusqu’à six plaques grouillantes de 10 cm. Les images sont compilées dans des films et la répulsion des essaims par des populations induites par le stress est quantifiée en utilisant un logiciel ImageJ librement disponible. Une attention particulière est accordée pour assurer la cohérence et la reproductibilité entre les différentes expériences d’essaimage.