Ce protocole présente une méthode rapide et efficace pour identifier les facteurs génétiques impliqués dans divers types de motilités chez Pseudomonas aeruginosa.
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Ce protocole présente une méthode rapide et efficace pour identifier les facteurs génétiques impliqués dans divers types de motilités chez Pseudomonas aeruginosa.
Les comportements de motilité jouent souvent un rôle important dans la capacité d’une bactérie à exploiter les ressources disponibles dans son environnement. Cela est particulièrement vrai pour l’agent pathogène polyvalent Pseudomonas aeruginosa, qui peut présenter divers types de motilités, y compris l’essaimage et les contractions, qui sont des traits pathogènes importants qui contribuent à la colonisation de la surface, à la formation de biofilms et à l’évasion des défenses de l’hôte. Ce manuscrit présente un protocole de motilité à haut débit pour étudier les comportements de motilité de P. aeruginosa. Le protocole permet de tester simultanément plusieurs souches de P. aeruginosa à partir d’une bibliothèque de mutants à l’échelle du génome, par exemple, pour identifier et analyser les facteurs génétiques impliqués dans sa motilité. L’approche offre la possibilité d’étudier la motilité de manière exhaustive et de mieux comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à la motilité de P. aeruginosa . Le protocole décrit ici peut également être modifié pour s’adapter à différents types de tests de motilité ainsi qu’à d’autres espèces bactériennes, fournissant ainsi une plate-forme puissante pour faire progresser la compréhension du comportement bactérien dans divers contextes.
Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste qui peut coloniser divers environnements en raison de sa remarquable polyvalence métabolique 1,2. Cette polyvalence est cruciale pour la transition d’un mode de croissance planctonique à des biofilms, ce qui contribue à sa capacité à prospérer dans un large éventail de niches allant de l’eau au corps humain 3,4,5. La transition entre ces modes de croissance est facilitée par une capacité étendue à se déplacer dans ces environnements en utilisant divers types de motilité, y compris la nage, l’essaimage et les contractions 1,6. Chaque type de motilité est médié par des mécanismes et des structures cellulaires distincts et permet à P. aeruginosa de répondre aux signaux environnementaux 7,8. La motilité de nage est entraînée par un seul flagelle polaire et est utilisée pour se déplacer à travers les milieux liquides vers les nutriments, par exemple9. La motilité d’essaimage est un mouvement coordonné facilité par la production de flagelles et de biosurfactants et permet aux colonies de se propager sur des surfaces semi-solides10,11. Enfin, la motilité des contractions est indépendante des flagelles. Au lieu de cela, les contractions sont médiées par les pili de type IV (T4P) et utilisées pour se déplacer sur les surfaces12,13. La motilité des contractions contribue également aux premières étapes de la formation du biofilm de P. aeruginosa en fournissant une fixation initiale à la surface. Après la fixation initiale, les contractions musculaires permettent aux bactéries de se déplacer sur les surfaces et de créer des microcolonies, qui peuvent ensuite se transformer en biofilms matures 1,4,13.
Traditionnellement, les tests de motilité bactérienne sont effectués individuellement, une souche à la fois, sur une plaque de gélose molle ou à l’aide de méthodes de microscopie 6,14,15. Les milieux semi-solides sont utilisés depuis de nombreuses années dans l’étude de la motilité bactérienne. De nos jours, ces techniques sont encore utilisées pour identifier les phénotypes de motilité chez les bactéries. Par exemple, traditionnellement, la motilité de l’essaimage est observée en inoculant 2,5 μL d’une culture de P. aeruginosa au centre d’une boîte de Pétri contenant un milieu M9 à une concentration de gélosede 0,5 % à 0,8 % 16. La motilité des contractions est généralement mesurée en examinant la propagation de la bactérie à la surface de l’interface entre la gélose (à 1 %) et la base d’une boîte de Pétri après qu’un coup de couteau ait inoculé P. aeruginosa à travers le milieu de culture. Un grand halo d’expansion interstitielle de la colonie est obtenu après 48 h d’incubation, alors que les souches non saccadées ne produisent pas une telle zone d’expansion de la colonie 1,17,18.
Plus récemment, des approches de mutagénèse par transposon ont permis de découvrir de nouveaux gènes impliqués dans la motilité ou la formation du biofilm chez P. aeruginosa 19,20,21. Par exemple, de nouveaux gènes impliqués dans la motilité des contractions ont été trouvés à l’aide d’une banque de mutants de transposons à haute densité chez P. aeruginosa19. Un autre outil utile en génomique fonctionnelle est l’utilisation de collections de mutants ordonnés22,23. La collectionKeio 24, contenant des délétions d’un seul gène pour tous les gènes non essentiels d’Escherichia coli, est probablement la collection de mutants la plus connue et a été utilisée pour définir des gènes affectant divers phénotypes, de la croissance dans différents milieux25 à la morphologie cellulaire26 et plus encore. De telles collections sont également disponibles pour Salmonella enterica sérovar Typhimurium27, Bacillus subtilis28, P. aeruginosa29 ainsi que pour de nombreuses autres espèces. Ces collections sont également bien adaptées à l’étude de la motilité à l’échelle du génome, ce qui a conduit à la mise au point d’une méthode à haut débit pour étudier la motilité de P. aeruginosa. Ici, la méthode a été testée en évaluant la contribution des mutants de P. aeruginosa à la motilité des contractions et de l’essaimage sur des plaques à haute densité. Cette méthode à haut débit peut être utilisée pour divers phénotypes de motilité et convient également à l’étude de la motilité d’autres bactéries.
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REMARQUE : Le déroulement général de cette procédure est décrit à la figure 1.

Figure 1 : Flux de travail expérimental. (1) Préparez la quantité nécessaire de milieux de motilité en fonction du type de motilité d’intérêt dans les expériences. (2) À l’aide d’un système de réplicateur manuel ou automatisé, préparer les plaques de stock source pour la bibliothèque de mutants d’insertion de transposon de P. aeruginosa de la collection de mutants à la densité appropriée, en mettant l’accent sur la précision et l’inoculation uniforme dans tous les puits des plaques. (3) Transférer les échantillons des plaques sources de la collection de mutants vers les plaques de motilité. (4) Après l’incubation, observer et analyser les phénotypes de motilité et identifier les gènes impliqués dans la motilité d’intérêt à l’aide d’images de haute qualité. (5) Effectuer des tests de motilité traditionnels pour valider les résultats identifiés par des expériences de motilité à haut débit. Créé avec BioRender. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Plaques d’essaimage - M9 media | Plaques de contraction - LB media | Plaques sources - LB media |
| 200 mL d’une solution de sels 5x M9 | 10 g de NaCl | 10 g de NaCl |
| 10 mL de glucose à 20 % | 10 g de tryptone | 10 g de tryptone |
| 25 mL d’acides aminés | 5 g d’extrait de levure | 5 g d’extrait de levure |
| 1 mL de 1M de MgSO4 | 10 g d’agar-agar | 15 g d’agar |
| 500 mL de gélose à 1 % | Ajouter du dH2O à 1L | Ajouter du dH2O à 1L |
| Ajouter du dH2O à 1L | Gentamicine (concentration finale 15 μg/mL) |
Tableau 1 : Composition des milieux des différentes plaques utilisées dans l’essai.
1. Préparation des plaques de milieu de culture
REMARQUE : Voir la table des matériaux pour préparer les solutions mères et les conditions de stockage. Les assiettes doivent être remplies sur une surface plane. Lors du séchage, les plaques doivent être plates sur la surface (c’est-à-dire non empilées). Cela garantit que le milieu de culture dans la plaque sèche uniformément. N’importe quelle plaque uniwell avec une empreinte typique peut fonctionner, mais les plaques de plus grandes dimensions internes (sans parois intérieures), telles que les plaques Singer Instruments Plus ou les plaques de culture tissulaire VWR à puits unique non traitées, facilitent le travail avec une densité plus élevée de colonies par plaque.
2. Préparation des plaques sources de la banque de mutants transposons de P. aeruginosa
REMARQUE : Les plaques sources font référence aux plaques LBA-gentamycine contenant une copie de la bibliothèque PA14 qui sont utilisées ultérieurement pour inoculer les plaques de motilité. La banque de mutants transposons P. aeruginosa (bibliothèque PA14) est un ensemble de 59 plaques congelées à 96 puits29. Les étapes de préparation des plaques sources pour chaque format sont décrites ci-dessous. Ce protocole est adaptable pour les laboratoires qui n’ont pas accès au réplicateur Rotor+. Les chercheurs peuvent effectuer avec succès les mêmes procédures expérimentales à l’aide de réplicateurs manuels, tels que les réplicateurs à ressort à 96 broches utilisés ici pour la réplication des plaques congelées de la bibliothèque PA14 pendant le premier jour (reportez-vous à la table des matériaux) ou tout autre réplicateur à 96 broches. Les réplicateurs manuels doivent être stérilisés et laissés refroidir entre chaque utilisation.

Figure 2 : Mise à l’échelle des plaques de densité 96 à 384 densités. Les colonies de quatre plaques sources de densité 96 sont transférées et fusionnées en une seule plaque de densité 384. Chaque quadrant de la plaque de densité 384 correspond à l’une des plaques originales de 96 puits (rouge, bleu, jaune et vert), préservant la position de chaque mutant. Créé avec BioRender. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
3. Expérience de motilité à haut débit
REMARQUE : Le protocole a été réalisé ici au format de densité 384, mais le même protocole peut être adapté à un format de densité 96 en modifiant les paramètres sur le réplicateur pour transférer des plaques sources aux plaques de motilité en utilisant la sélection 96 au lieu de 384.
4. Analyse des phénotypes de motilité
REMARQUE : L’analyse d’image est effectuée comme décrit en détail par French et al.30,31. Un script pour effectuer l’analyse des données est disponible à partir de31 (ImageJ Macro).
5. Tests de motilité traditionnels pour la validation des résultats positifs
REMARQUE : Après avoir observé des mutants avec une motilité affectée dans le protocole de motilité à haut débit, il est important de valider les résultats obtenus individuellement. Le protocole de motilité individuel diffère de celui utilisé pour les tests à haut débit, mais les supports utilisés sont les mêmes.
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Nous avons utilisé ce protocole pour caractériser l’effet de l’inactivation génique sur la motilité de P. aeruginosa à haut débit. Ici, nous avons détaillé son utilisation pour étudier la motilité de l’essaimage et des contractions dans une collection de délétion de P à l’échelle du génome. souche aeruginosa PA14 (bibliothèque PA14). Le protocole offre une grande polyvalence et une grande facilité d’utilisation, permettant de modifier différentes étapes du pro...
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Le protocole de motilité à haut débit décrit ici nous permet de traiter et d’analyser le phénotype de motilité de nombreuses colonies avec précision et reproductibilité. Par rapport aux méthodes manuelles traditionnelles, cette approche semi-automatisée augmente l’évolutivité et le débit des tests de motilité pour permettre l’évaluation de la motilité bactérienne à l’échelle du génome. Le protocole a été optimisé pour être utilisé avec la banque PA14, mais ce test pourrait être utilisé a...
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Les auteurs ne déclarent aucune divulgation.
Nous remercions le laboratoire Surette de l’Université McMaster de nous avoir fourni une copie de la bibliothèque PA14. Nous remercions le Dr Fabrice Jean-Pierre pour ses commentaires utiles sur le manuscrit. Ces travaux ont été soutenus par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (RGPIN-2019-06044) et une subvention de démarrage pour nouveaux chercheurs du Fonds de recherche du Québec - Santé (FRQS ; #295613). J.-P.C. est titulaire d’une bourse Chercheur boursier junior 2 du Fonds de recherche du Québec-Santé (FRQS).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 96 plaques de puits ; ; | Corning ; ; | 3701 ; | |
| Agar & nbsp ; | Fisher Scientific & nbsp ; ; | BP1423-2 ; | Concentration finale de 0,5 % pour la motilité en essaim ou 1 % pour la motilité des spasmes respectivement. |
| Acides de Casamine & nbsp ; ; | Fisher Scientific & nbsp ; ; | 223050 ; | Préparez un stock d’eau à 20 %. Le filtre stérilise avec un 0,22 & mu ; m filtre et stocke à 4 °C. Concentration finale de 0,5 % dans un milieu minimum M9. ; |
| Violet cristal ; | Bio Basic ; ; | CB0331 | Préparez une solution à 1 % dans de l’eau. |
| D-Glucose ; ; | Bio Basic ; ; | GB0219 ; | Préparez un stock de 20 % (1,1 M) dans de l’eau et stérilisez par autoclavage. Concentration finale de 0,2 % dans le moyen minimum M9. ; |
| Filtropur S 0.2 ; | Sarstedt ; | 83.1826.001 | |
| Sulfate de gentamycine & nbsp ; ; | Bio Basic ; ; | GB0217 ; | Préparez un bouillon de 30 mg/ml dans de l’eau. Le filtre stérilise avec un 0,22 & mu ; M filtre et stockage à 4 degrés ; C et ndash ; concentration finale dans les plaques 15 & micro ; g/mL.. ; ; |
| Inoculation de la boucle et de l’aiguille ; | Fisher Scientific & nbsp ; | 22363597 | |
| M9 Sels Minimaux, 5X & nbsp ; | Fisher Scientific & nbsp ; | 248510 | Préparez un stock de 1M dans de l’eau et stérilisez par autoclave. Concentration finale de 1 mM dans un milieu minimum M9. & nbsp ; ; |
| Sulfate de magnésium (MgSO4) & nbsp ; ; | Fisher Scientific & nbsp ; | M63-500 | ; Préparez un bouillon de MgSO4 de 1 m dans de l’eau. Le filtre stérilise avec un 0,22 & mu ; Filtre M et conserve à température ambiante. Concentration finale ; |
| Bibliothèque de mutants d’insertion de transposons PA14 & nbsp ; ; | Liberati et al., 2006 (voir référence 29) | 59 plaques à 96 puits pour l’ensemble de la collection. Chaque puits contient un seul mutant dans LB avec 25 % de glycérol. | |
| Boîte de Petri 92x16mm ; | Sarstedt ; | 82.1473.001 | |
| PhenoBooth+ ; | Instruments chanteurs & nbsp ; | https://www.singerinstruments.com/solution/phenobooth/specification/ ; | Dissoudre 11,3 g de la poudre dans 200 mL d’eau purifiée. Autoclave à 121 & degrés C pendant 15 min. & nbsp ; |
| Seringue en plastique 10 mL ; | Fisher Scientific & nbsp ; | 14955459 | |
| Rotor+ ; ; ; | Instruments chanteurs & nbsp ; | https://www.singerinstruments.com/resource/rotor-had/ ; | |
| Densités de RePads à broches courtes 384 ; | Instruments chanteurs & nbsp ; ; | REP-004 ; | |
| RePads à broches courtes densités 96 ; ; | Instruments chanteurs & nbsp ; ; | REP-002 ; | |
| Chlorure de sodium (NaCl) ; ; | Fisher Scientific & nbsp ; | BP358-212 ; | |
| Réplicateur à ressort à 96 broches | EnzyScreen ; ; | CR1000 ; | |
| Lame chirurgicale en acier inoxydable n° 25 ; | Fisher Scientific & nbsp ; | 08-918-5F | |
| Tryptone ; | Oxoïde & nbsp ; ; | LP0042B ; | |
| Plaques Uniwell | Instruments chanteurs & nbsp ; ; | PlusPlates : PLU-003 ; ; | Dimension de la plaque : 54 et plus de fois ; 34 et fois ; 38 cm - sans murs intérieurs, ce qui offre des dimensions intérieures plus grandes. |
| Plaques Uniwell | VWR | Plaques de culture tissulaire à puits unique : 75780-348 | Même dimensions que les PlusPlates. |
| Extrait de levure & nbsp ; | Fisher Scientific & nbsp ; | 248510 ; |
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