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1. Collecte, traitement et analyse des échantillons
NOTE: Ici, nous présentons un protocole pour isoler les bactéries des habitats aquatiques. Certains des isolats peuvent être pathogènes, par conséquent, portez des gants et désinfectez la zone de travail avant et après utilisation.
- Prélever 500 mL d’échantillon d’eau dans cinq bouteilles de verre stériles provenant de différents sites du plan d’eau. Mesurer le pH et la température de chaque échantillon à l’aide d’un pH-mètre et d’un thermomètre, respectivement.
REMARQUE : Le protocole n’est pas spécifique au site et peut être facilement adapté pour isoler les organismes des plans d’eau contaminés par des hydrocarbures.
- Filtrer l’échantillon dans un lot de feuilles filtrantes de 100 mL à des feuilles filtrantes de 0,22 μm de pores, dans des conditions aseptiques.
NOTE: Le diamètre du papier filtre ne doit pas dépasser le diamètre de la boîte de Pétri. Par exemple, un papier filtre ne dépassant pas 85 mm de diamètre est optimal pour une boîte de Petri de 100 à 120 mm.
- Conserver les papiers filtres sur différentes plaques de milieux nutritifs (PYE 19, R2A 20,M9, LB, NB, TSB, M6321 et M2G22). Les différents types de milieux de croissance permettent la sélection et l’enrichissement de différents micro-organismes. Les compositions des différents milieux de culture sont énumérées dans le tableau 1. Utilisez un papier pour chaque plaque de média et décollez-la après 2 heures à l’aide de pinces stériles.
- Diluer en série les échantillons d’eau non filtrée (dilution 10à 6 ) dans de l’eau distillée double stérile en ajoutant 100 μL de l’échantillon d’eau recueillie dans 900 μL d’eau stérile. Il en résulte une dilution de 1:10. À partir de cet échantillon, prélever 100 μL et ajouter 900 μL d’eau stérile pour obtenir une dilution de 1:100. Répéter la dilution jusqu’à ce que le pli de dilution soit égal à 1:1 000 000. Mélanger par pipetage. Le volume final de chaque dilution sera de 1 mL.
- Étaler 100 μL de l’échantillon d’eau diluée individuellement sur toutes les plaques de milieux de croissance mentionnées à l’étape 3 en trois exemplaires.
- Incuber les plaques à 30 °C pendant 24 à 48 h selon la croissance des colonies.
REMARQUE : La plupart des isolats environnementaux poussent à une température optimale de 30 °C. Si vous isolez les échantillons d’un environnement avec des températures extrêmes, incuber les plaques à la même température que celle du site de prélèvement.
- Ensuite, choisissez les colonies à l’aide d’un cure-dent stérile ou d’une pointe de pipette et effectuez des stries de quadrant pour obtenir des colonies isolées.
- Incuber les assiettes pendant la nuit. Le lendemain, filtrez les colonies en fonction de leurs caractéristiques morphologiques telles que la couleur, la texture, la forme, la taille, la marge, l’élévation, etc. Restreak les colonies pour obtenir des cultures pures.
- Effectuer la coloration de gramme de chaque culture pure23 et procéder à la préparation du stock de glycérol.
- Pour préparer les stocks de glycérol, inoculer une seule colonie dans 3 mL de milieu de croissance approprié et incuber à 30 °C. De la culture de nuit, prélever 700 μL et ajouter 300 μL de glycérol à 100% (stérilisé par autoclavage) dans des cryoflacons24. Congeler les flacons à -80 °C pour un stockage à long terme.
2. Dégradation des hydrocarbures
REMARQUE : L’exemple ci-dessous consiste à examiner les isolats qui peuvent dégrader le styrène. Il s’agit d’une légère modification de la méthode adaptée dans un précédent rapport25. Suivez les étapes dans des conditions aseptiques.
- Dans une assiette fraîchement striée, cueillir une colonie et inoculer dans 5 ml de bouillon de soya tryptique (BST)/bouillon nutritif (N.-B.). Cultiver la culture pendant la nuit à 30 °C en agitant à 200 tr / min jusqu’à ce que l’absorbance atteigne ~2.
REMARQUE : À l’exception du BST/NB, on peut choisir n’importe quel milieu de croissance dans lequel les bactéries atteignent une densité cellulaire élevée.
- Le lendemain, pelleter les cellules à 2862 x g pendant 5 min à 4 °C et jeter le surnageant.
- Laver la pastille deux fois avec 2 mL de solution saline autoclavée (0,9 % NaCl) et essorer à 2862 x g pendant 5 min à 4 °C.
REMARQUE: La solution saline est isotonique et, par conséquent, elle maintient la pression osmotique à l’intérieur des cellules bactériennes.
- Remettez la pastille en suspension dans 2 mL de milieu basal liquide sans carbone (LCFBM). Mesurer l’absorbance (OD600).
- Prenez deux flacons d’erlenmeyer stériles d’une capacité de 150 ml pour le contrôle et le groupe expérimental. Étiquetez-les comme A et B.
- Dans le groupe témoin non inoculé (fiole A), ajouter 40 mL de LCFBM et de styrène (5 mM).
- Dans la fiole B, ajouter 35 mL de LCFBM et de styrène (ajuster la concentration finale de styrène à 5 mM). Ajouter la suspension cellulaire avec un ODfinal 600 de cellules ≈ 0,1 et compléter le volume restant avec LCFBM jusqu’à 40 mL. Incuber les fioles à 30 °C en agitant à 200 tr/min pendant 30 jours.
REMARQUE: Les hydrocarbures en excès peuvent être toxiques pour les microbes, par conséquent, commencez avec une faible concentration et augmentez-la progressivement.
- Répéter ce qui précède pour chaque souche supplémentaire qui doit être évaluée pour la dégradation des hydrocarbures.
- Mesurer les DO600 de chaque fiole tous les 5 jours et tracer une courbe de croissance. Augmentez l’incubation jusqu’à 45 jours si la bactérie peut utiliser le styrène. Une augmentation de la DO600 indique que la bactérie peut métaboliser le styrène.
3. Dépistage de la dégradation des catéchols par des isolats bactériens
NOTE: La dégradation des hydrocarbures aromatiques tels que le styrène, le benzène, le xylène, le naphtalène, les phénols, etc. produit des catéchols comme intermédiaires de réaction. Les catéchols sont ensuite métabolisés par des bactéries à l’aide des enzymes catéchol 1,2-dioxygénase et catéchol 2,3-dioxygénase par les voies ortho- et méta-clivage, respectivement26. Ces enzymes sont également impliquées dans la dégradation d’autres hydrocarbures tels que le chlorobenzène27. Le protocole mentionné ci-dessous utilise le lysat de cellules entières pour le dosage enzymatique de la catéchol 2, 3-dioxygénase28. La même méthode de lyse peut être utilisée pour dépister l’activité de la catéchol 1, 2-dioxygénase. Cependant, la composition du mélange réactionnel variera. Les deux enzymes sont inductibles dans la nature et peuvent être induites par l’ajout de phénol au milieu de croissance.
- À l’aide d’une boucle stérile, inoculer la colonie bactérienne d’une plaque fraîchement striée dans un milieu de sels minéraux (MSM) supplémenté de 1 à 4 mM de phénol. Incuber la culture à 30 °C et 200 tr/min. Récolter la culture à 4 °C lorsque la DO 600 atteint entre 1,4 et 1,6 (c’est-à-dire en phase exponentielle tardive) en tournant à4500 x g pendant 20 min.
- Laver la pastille cellulaire avec un tampon phosphate (0,5 M, pH 7,5).
- Remettez les cellules en suspension dans le tampon phosphate mentionné ci-dessus et réglez la DO600 finale ≈ 1.0.
- Lyser les cellules par sonication pulsée pendant 1,5 min, la durée de chaque impulsion étant de 15 s. Après cette étape, la suspension doit être claire ou moins trouble. Sinon, augmentez le nombre d’impulsions et vérifiez si la suspension est claire. Après chaque impulsion, conservez l’échantillon sur de la glace pour éviter la dégradation des protéines.
- Éliminer les débris cellulaires et les cellules intactes par centrifugation à 9 000 x g pendant 30 min, en maintenant la température froide (4 °C).
- Pipeter soigneusement le surnageant clair. Cette fraction a l’extrait brut pour le dosage enzymatique.
- Déterminer la concentration en protéines de l’extrait brut par la méthode de Bradford ou de Lowry 29,30.
- Pour déterminer l’activité de la catéchol 2,3-dioxygénase, mesurer la formation du produit final de la réaction (semi-aldéhyde 2-hydroxymuconique) à l’aide d’un spectrophotomètre.
- Préparer le mélange réactionnel en ajoutant 20 μL de catéchol (50 mM), 960 μL de tampon phosphate (50 mM, pH 7,5) et 20 μL d’extrait brut.
- Pour le témoin négatif, remplacer l’extrait brut par un tampon phosphate et ajuster le volume final à 1 mL.
- Incuber le mélange réactionnel pendant 30 min. À intervalles de temps définis, mesurer l’absorbance à 375 nm. Une augmentation de l’absorbance indique la formation du produit final de la réaction, le semialdéhyde de l’acide 2-hydroxymuconique (2-HMS). Effectuez l’expérience en trois exemplaires.
REMARQUE: Catechol est sensible à la lumière et à l’oxygène. Conserver le mélange réactionnel dans l’obscurité et fermer hermétiquement les tubes pour éviter la dégradation naturelle du catéchol.
4. Isolement de l’ADN génomique de la culture pure
NOTE: Ceci est le protocole général pour l’isolement de l’ADN génomique. La coloration au gramme a été effectuée au cours de l’étape de prélèvement, de traitement et d’analyse de l’échantillon. En raison de la variation de l’épaisseur de la paroi cellulaire des bactéries à Gram positif et à Gram négatif, la méthode de lyse cellulaire est modifiée en conséquence. Portez des gants pendant l’isolement et désinfectez l’établi avec de l’éthanol à 70 % pour éviter que les nucléases ne dégradent l’ADN. Certains des produits chimiques mentionnés ci-dessous peuvent causer de graves brûlures sur la peau et des précautions appropriées doivent être prises lors de leur manipulation.
- Isolement de l’ADN génomique des bactéries à Gram négatif31.
- Prélever une seule colonie et inoculer dans un milieu de croissance frais dans des tubes à essai stériles.
- Placez les tubes dans un agitateur d’incubateur à 200 tr/min et laissez les bactéries se développer pendant la nuit à 30 °C.
- Le lendemain, granuler 1,5 mL de culture de nuit à 12 400 x g pendant 3 min.
- Retirer le surnageant et remettre en suspension la pastille dans 200 μL de tampon de lyse (40 mM de tris-acétate, pH 7,8, 20 mM d’acétate de sodium, 1 mM d’EDTA, 1% de SDS).
- Ajouter 66 μL de solution de NaCl (5 M) et bien mélanger.
- Enduire en granuler le mélange obtenu à 12 400 x g pendant 10 min (4 °C).
- Pipeter le surnageant transparent dans un tube microcentrifuge frais et ajouter un volume égal de chloroforme.
- Retourner mélanger la solution plusieurs fois jusqu’à ce qu’une solution laiteuse soit observée.
- Faire tourner à 12 400 x g pendant 3 min et transférer le surnageant dans un flacon propre.
- Ajouter 1 mL d’éthanol 100 % glacé; mélanger par inversion jusqu’à ce que des brins blancs d’ADN précipitent.
- Centrifuger l’ADN précipité à 2 200 x g pendant 10 min à 4 °C et éliminer le surnageant.
- Lavez la pastille d’ADN avec 1 mL d’éthanol à 70 % et laissez sécher la pastille d’ADN pendant 5 minutes à température ambiante.
- Une fois séchée, remettre la pastille en suspension dans 100 μL de 1x tampon Tris-EDTA(TE) et stocker l’ADN à -20 °C.
- Mesurer la concentration (A260/280) à l’aide d’un spectrophotomètre et exécuter l’ADN sur gel d’agarose (1%) pour évaluer la qualité de l’ADN24.
- Isolement de l’ADN génomique de la souche à Gram positif32
- Prélever une seule colonie et inoculer dans un milieu de croissance frais dans des tubes à essai stériles.
- Placez les tubes dans un agitateur d’incubateur à 200 tr / min et laissez les bactéries se développer pendant la nuit à une température de croissance appropriée.
- Le lendemain, prendre 1,5 mL de la culture cultivée et centrifuger à 8 600 x g pendant 5 min.
- Retirez le surnageant et remettez les cellules en suspension dans le tampon TE.
- Régler le OD600 = 1,0 avec le tampon TE et transférer 740 μL de la suspension cellulaire dans un tube à microfuge propre.
- Ajouter 20 μL de lysozyme (100 mg/mL de bouillon) et bien mélanger par pipetage. Incuber à 37 °C pendant 30 min (dans un bain sec).
- Ajouter 40 μL de FDS à 10% et bien mélanger.
- Ajouter 8 μL de protéinase K (10 mg/mL). Bien mélanger et incuber à 56 °C pendant 1-3 h (dans un bain sec). La suspension devrait devenir claire maintenant avec une viscosité accrue, marquant une lyse cellulaire efficace.
REMARQUE: La suspension peut être laissée pendant la nuit si les cellules ne sont pas lysées correctement.
- Préchauffer le mélange CTAB/NaCl à 65 °C (dans un bain sec) et ajouter 100 μL de ce mélange à la suspension cellulaire. Bien mélanger.
- Incuber à 65 °C pendant 10 min (dans un bain sec).
- Ajouter 500 μL de chloroforme:alcool isoamylique (24:1) et bien mélanger. Essorer à 16 900 x g pendant 10 min à 25 °C.
- Transférer la phase aqueuse dans un tube microcentrifuge frais en évitant la phase organique (phase visqueuse au fond).
- Ajouter délicatement 500 μL d’alcool phénol:chloroforme:isoamylique (25:24:1) et bien mélanger. Essorer à 16 900 x g pendant 10 min à 25 °C.
- Prendre la phase aqueuse dans un nouveau tube microcentrifugeux. Ajouter 500 μL de chloroforme:alcool isoamylique (24:1) et bien mélanger.
- Transférer la phase aqueuse et ajouter 0,6 volume d’isopropanol (prérefroidi à -20 °C).
- Les brins d’ADN précipités doivent être visibles sous forme filiforme. Incuber à -20 °C pendant 2 h à toute la nuit.
- Centrifuger à 16 900 x g pendant 15 min à 4 °C pour granuler l’ADN.
- Décanter soigneusement l’isopropanol et laver la pastille avec 1 mL d’éthanol froid à 70 % (prérefroidi à -20 °C) pour éliminer les impuretés.
- Centrifuger à 16 900 x g pendant 5 min à 4 °C. Jetez le surnageant.
- Laisser sécher la pastille à température ambiante pendant 20 min ou maintenir le tube à 37 °C. Assurez-vous que le granulé n’est pas trop séché.
- Remettez en suspension dans 100 μL de 1x tampon TE et stockez l’ADN à -20 °C.
REMARQUE : Si la pastille est trop sèche et qu’il est difficile de la remettre en suspension, incuber le tube microcentrifuge avec de la pastille d’ADN et de l’eau exempte de nucléases à 37 °C pendant 15 à 20 minutes et remettre en suspension à nouveau par pipetage.
- Mesurer la concentration (A260/280) à l’aide d’un spectrophotomètre après avoir effectué une dilution de 1:100 dans un tampon TE 1x et exécuter l’ADN sur gel d’agarose (1%) pour évaluer la qualité de l’ADN24.
5. Séquençage de l’ARNr 16S
REMARQUE: Le protocole décrit ci-dessous concerne l’amplification et le séquençage de l’ARNr 16S pour l’identification bactérienne. L’information dérivée de la séquence d’ARNr 16S est utilisée pour l’identification d’un organisme inconnu et pour trouver la parenté entre différents organismes.
- Pour identifier les souches, amplifier l’ADN isolé des cultures bactériennes pures par PCR avec des amorces universelles ciblant la séquence d’ARNr 16S pour les bactéries : 27F (5'-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3') et 1492R (5'- TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3')33.
- Préparer le mélange de PCR (réactions de 25 μL) sur de la glace avec 18 μL d’eau autoclavée/sans nucléase, 2,5 μL de tampon 10x, 0,5 μL d’amorces avant et arrière (100 μM de stock), 2 μL du mélange de dNTP (100 μM stock), 1 μL de matrice d’ADN (2-15 ng/μL) et 1 U de Taq Polymérase.
- Utiliser les conditions de cycle suivantes pour l’amplification du gène de l’ARNr 16S : Dénaturation initiale à 94 °C pendant 10 min (dénaturation finale à 94 °C pendant 40 s, recuit de l’amorce à 56 °C pendant 1 min, extension à 74 °C pendant 2 min) x 30 cycles, extension finale à 74 °C pendant 10 min.
- Une fois le cycle terminé, mélanger 5 μL d’échantillon et 1 μL de colorant de chargement d’ADN 5x. Exécutez sur du gel d’agarose à 1% pour vérifier l’amplification. Conservez les produits PCR à 4 °C à court terme ou congelez-les à -20 °C jusqu’à nouvelle utilisation.
- Pour le séquençage du gène de l’ARNr 16S, mettre en place la même réaction que celle mentionnée ci-dessus pour un volume plus élevé (100 μL).
- Purifier les amplicons pour le séquençage de Sanger24,34 à l’aide du kit de purification de produit PCR ou mélanger l’échantillon entier avec un colorant de chargement d’ADN et charger sur un gel d’agarose pour effectuer la méthode d’extraction du gel.
- Une fois le séquençage terminé, convertissez le fichier de résultats au format FASTA et vérifiez la similitude de séquence avec l’outil de recherche d’alignement local de base (BLAST) sur NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)35.