L’hôte mammifère représenté par le corps humain contient un grand nombre de micro-organismes. Ces micro-organismes sont largement distribués dans la bouche, le tube digestif, l’intestin et le sang de l’hôte et ont des effets différents sur la santé de l’hôte. La cavité buccale est l’hôte d’une pléthore de microbes qui peuvent moduler la susceptibilité de l’hôte aux infections. Des microbes tels que les streptocoques (p. ex., S. mitis/oralis, S. pseudopneumoniae et S. infantis) et Prevotella spp. colonisent la cavité buccale, formant un biofilm multi-espèces à la surface de la langue, provoquant une mauvaise haleine et fonctionnant comme un réservoir microbien pour les infections microbiennes. Ces agents pathogènes peuvent infecter l’os de la mâchoire en infiltrant les ligaments parodontaux qui maintiennent la racine de la dent dans l’os de la mâchoire1. La caractérisation de ces microbes isolés du corps de l’hôte est souvent un processus fastidieux, en particulier lorsque les microbes présentent des traits individuels nécessitant un traitement et des conditions de croissance spécifiques. Les microbes, tels que les pathogènes Helicobacter pylori, Clostridium difficile et Fusobacterium nucleatum, se développent dans l’environnement hostile de l’intestin, avec des besoins spécifiques en oxygène, en nutriments et en croissance, ce qui présente un défi dans les processus de caractérisation, en particulier dans l’étude de la pathogénicité de ces microbes. Par conséquent, une méthode standardisée d’isolement et d’étude de ces micro-organismes est nécessaire pour que les scientifiques et les praticiens puissent développer de nouveaux traitements médicaux.
Ce protocole utilise des microbes qui se développent dans la matrice osseuse des rats. Traditionnellement, à l’exception du système osseux représenté par la mâchoire, où la présence de dents rend la matrice osseuse plus sensible aux infections que les autres os1, on croit généralement que l’os sain de l’hôte est un environnement stérile. Cependant, des études ont montré que les micro-organismes pénètrent dans la circulation systémique à travers la paroi intestinale, affectant finalement la minéralisation osseuse2. À titre de preuve de concept, nous utilisons le protocole décrit pour caractériser les propriétés biochimiques d’isolats microbiens provenant du fémur et du tibia de rats SD sains (Corynebacterium stationis, Staphylococcus cohnii subsp. et Enterococcus faecalis). Ces isolats microbiens ont été sélectionnés car l’os est un environnement fermé et hypoxique, et la caractérisation de ces microbes à partir de l’os peut être une tâche difficile. Divers articles ont détaillé les processus utilisés dans l’étude de ces microbes ; Cependant, il existe peu de protocoles complets permettant d’identifier les microorganismes isolés par l’hôte.
Pour établir les conditions de culture appropriées, les besoins en oxygène du microbe doivent être compris via l’utilisation d’un milieu de thioglycolate fluide (FTM). Les microbes ayant des besoins différents en oxygène forment des couches stratifiées dans le liquide FTM clair3. Sur la base du profil de stratification, les besoins en oxygène du microbe sont ensuite utilisés pour étudier la croissance des cellules. Les microbes qui se développent à la surface du liquide FTM sont des aérobies obligatoires, tandis que les microbes qui se développent au fond sont des anaérobies obligatoires. Les microbes qui se développent en suspension dans le liquide FTM sont des anaérobies facultatifs ou aérotolérants. Le taux de croissance microbienne est établi en observant la phase de croissance exponentielle des cellules microbiennes. Le profil de croissance est ensuite comparé à la formation du biofilm du microbe. Les biofilms sont en grande partie composés de plusieurs espèces qui affectent directement et indirectement la santé des autres. Au cours de ce processus, les interactions bénéfiques entre les communautés microbiennes sélectionnent l’attachement, fournissant une structure spatiale qui favorise l’évolution des interactions réciproques actives. Par exemple, la co-culture de Paenibacillus amylolyticus et de Xanthomonas retroflexus présente des interactions symbiotiques facultatives dans un environnement statique, favorisant la croissance rapide du biofilm13. Les microbes s’adaptent aux tissus de l’hôte via la formation de biofilms pour une localisation durable, se protégeant contre les environnements difficiles et échappant au système immunitaire de l’hôte 4,5,6,7. Les biofilms sont généralement des structures denses et multicouches qui aident les micro-organismes à résister aux stimuli sous-critiques externes ; par exemple, E. faecalis dans la pulpe dentaire augmente sa résistance aux antibiotiques en augmentant la formation de biofilm lorsqu’il est confronté à des sous-concentrations de tétracycline et de vancomycine8.
La chimiotaxie permet aux micro-organismes de se déplacer en fonction de gradients chimiques, et les voies de signalisation sont largement distribuées dans une variété de bactéries pathogènes. Certains micro-organismes pathogènes migrent vers des sites spécifiques, sous la direction de signaux chimiques, pour provoquer des maladies infectieuses14. Par exemple, Xanthomonas spp. expriment 19 chimiorécepteurs et 11 flagellines dans l’hôte, déclenchant la liaison bactérienne et, finalement, l’ulcération15. Il existe également des protéines spécifiques dans les bactéries (protéines de liaison à la pectine) qui guident la migration spécifique des bactéries vers les nutriments, ce qui peut conduire à une meilleure croissance16. Ceci est également essentiel pour les bactéries qui peuvent exister dans des environnements pauvres en nutriments. Les cellules microbiennes s’appuient souvent sur la motilité chimiotactique pour se concentrer sur un environnement de croissance propice tout en échappant aux autres cellules prédatrices et aux toxines qui nuisent à la viabilité cellulaire. En nous appuyant sur des approches de gélose molle précédemment établies pour déterminer la chimiotaxie, nous développons une méthode diffusible pour générer un gradient de chimioattractant afin de tester la chimiotaxie microbienne.
Cet article décrit les méthodes de détermination des conditions de croissance, de la formation du biofilm et du tropisme chimique des bactéries, en utilisant Corynebacterium stationis, Staphylacoccus cohnii, Enterococcus faecalis, Staphylacoccus aureus ATCC 25923 et Enterococcus faecalis V583 comme exemples (voir Figure 1). L’optimisation des conditions de croissance microbienne utilise la FTM pour déterminer les besoins en oxygène du microbe, tandis que la formation du biofilm utilise des surfaces en verre comme support solide, et la masse du biofilm est contre-colorée avec du violet cristallin. Le tropisme chimique du microbe repose sur son comportement chimiotactique, où, grâce à l’impression 3D (figure supplémentaire S1), une méthode standardisée est utilisée pour générer un réservoir chimique pour le chimioattractant dans une matrice de gélose molle (figure supplémentaire S2).