Questo protocollo presenta un metodo rapido ed efficiente per identificare i fattori genetici coinvolti in vari tipi di motilità in Pseudomonas aeruginosa.
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Questo protocollo presenta un metodo rapido ed efficiente per identificare i fattori genetici coinvolti in vari tipi di motilità in Pseudomonas aeruginosa.
I comportamenti di motilità spesso giocano un ruolo significativo nella capacità di un batterio di sfruttare le risorse disponibili nel suo ambiente. Ciò è particolarmente vero per il versatile patogeno Pseudomonas aeruginosa, che può esibire diversi tipi di motilità, tra cui sciamatura e spasmi, che sono importanti tratti patogeni che contribuiscono alla colonizzazione superficiale, alla formazione di biofilm e all'evasione delle difese dell'ospite. Questo manoscritto presenta un protocollo di motilità ad alto rendimento per studiare i comportamenti di motilità di P. aeruginosa. Il protocollo consente di testare simultaneamente più ceppi di P. aeruginosa da una libreria di mutanti a livello di genoma, ad esempio, per identificare e analizzare i fattori genetici coinvolti nella sua motilità. L'approccio offre la possibilità di studiare la motilità in modo completo e di comprendere i meccanismi molecolari alla base della motilità di P. aeruginosa . Il protocollo qui descritto può anche essere modificato per adattarsi a diversi tipi di saggi di motilità e ad altre specie batteriche, fornendo così una potente piattaforma per far progredire la comprensione del comportamento batterico in vari contesti.
Pseudomonas aeruginosa è un patogeno opportunista che può colonizzare diversi ambienti grazie alla sua notevole versatilità metabolica 1,2. Questa versatilità è fondamentale per la transizione da una modalità di crescita planctonica ai biofilm, che contribuisce alla sua capacità di prosperare in un'ampia gamma di nicchie che vanno dall'acqua al corpo umano 3,4,5. La transizione tra queste modalità di crescita è aiutata da un'ampia capacità di muoversi attraverso questi ambienti utilizzando vari tipi di motilità, tra cui il nuoto, la sciamatura e le contrazioni 1,6. Ogni tipo di motilità è mediato da meccanismi e strutture cellulari distinti e consente a P. aeruginosa di rispondere a segnali ambientali 7,8. La motilità del nuoto è guidata da un singolo flagello polare e viene utilizzata per muoversi attraverso i mezzi liquidi verso i nutrienti, ad esempio9. La motilità dello sciame è un movimento coordinato facilitato dalla produzione di flagelli e biotensioattivi e consente alle colonie di diffondersi su superfici semisolide10,11. Infine, la motilità contraente è indipendente dai flagelli. Invece, la contrazione è mediata dal pili di tipo IV (T4P) e utilizzata per muoversi sopra le superfici12,13. La motilità a contrazione contribuisce anche alle prime fasi della formazione del biofilm di P. aeruginosa, fornendo un attacco iniziale alla superficie. Dopo l'attacco iniziale, le contrazioni consentono ai batteri di muoversi attraverso le superfici e creare microcolonie, che possono poi svilupparsi in biofilm maturi 1,4,13.
Tradizionalmente, i saggi di motilità batterica vengono eseguiti individualmente, un ceppo alla volta, su una piastra di agar morbida o utilizzando metodi di microscopia 6,14,15. I terreni semisolidi sono stati utilizzati per molti anni nello studio della motilità batterica. Al giorno d'oggi, queste tecniche sono ancora utilizzate per identificare i fenotipi di motilità nei batteri. Ad esempio, tradizionalmente, la motilità dello sciame si osserva inoculando 2,5 μL di una coltura di P. aeruginosa al centro di una piastra di Petri contenente terreni M9 con una concentrazione di agar 0,5%-0,8%16. La motilità delle contrazioni viene solitamente misurata osservando la diffusione dei batteri sulla superficie di interfaccia tra l'agar (all'1%) e la base di una piastra di Petri dopo che una pugnalata ha inoculato P. aeruginosa attraverso il terreno di coltura. Un grande alone di espansione della colonia interstiziale si ottiene dopo 48 ore di incubazione, mentre i ceppi che non si contraddistinguono non producono tale zona di espansione della colonia 1,17,18.
Più recentemente, gli approcci di mutagenesi dei trasposoni hanno scoperto nuovi geni coinvolti nella motilità o nella formazione di biofilm in P. aeruginosa 19,20,21. Ad esempio, nuovi geni coinvolti nella motilità delle contrazioni sono stati trovati utilizzando una libreria di mutanti di trasposoni ad alta densità in P. aeruginosa19. Un altro strumento utile nella genomica funzionale è l'uso di raccolte di mutanti ordinate22,23. La collezioneKeio 24, contenente delezioni di un singolo gene per tutti i geni non essenziali in Escherichia coli, è probabilmente la più nota collezione di mutanti ed è stata utilizzata per definire geni che influenzano vari fenotipi, dalla crescita in diversi terreni25 alla morfologia cellulare26 e oltre. Tali collezioni sono disponibili anche per Salmonella enterica sierotipo Typhimurium27, Bacillus subtilis28, P. aeruginosa29 e molte altre specie. Queste collezioni sono anche adatte per studiare la motilità in modo genomico, portando allo sviluppo di un metodo ad alto rendimento per studiare la motilità di P. aeruginosa. Qui, il metodo è stato testato valutando il contributo dei mutanti di P. aeruginosa sia alla motilità delle contrazioni che a quella della sciamatura su placche ad alta densità. Questo metodo ad alto rendimento può essere utilizzato per vari fenotipi di motilità ed è adatto anche per studiare la motilità di altri batteri.
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NOTA: Il flusso di lavoro generale di questa procedura è descritto nella Figura 1.

Figura 1: Flusso di lavoro sperimentale. (1) Preparare la quantità necessaria di mezzi di motilità in base al tipo di motilità di interesse negli esperimenti. (2) Utilizzando un sistema di replicazione manuale o automatizzato, preparare le piastre di partenza per la libreria di mutanti di inserimento del trasposone di P. aeruginosa della collezione di mutanti alla densità appropriata, con particolare attenzione alla precisione e all'inoculazione uniforme in tutti i pozzetti delle piastre. (3) Trasferire i campioni dalle piastre di origine della collezione di mutanti alle piastre di motilità. (4) Dopo l'incubazione, osservare e analizzare i fenotipi della motilità e identificare i geni coinvolti nella motilità di interesse utilizzando immagini di alta qualità. (5) Eseguire saggi di motilità tradizionali per convalidare i risultati identificati attraverso esperimenti di motilità ad alto rendimento. Creato con BioRender. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Piastre di sciamatura - Supporti M9 | Piastre a contrazione - LB media | Piastre sorgente - LB media |
| 200 mL di una soluzione di 5 sali M9 | 10 g di NaCl | 10 g di NaCl |
| 10 ml di glucosio al 20% | 10 g di Triptone | 10 g di Triptone |
| 25 mL di casamminoacidi | 5 g Estratto di Lievito | 5 g Estratto di Lievito |
| 1 mL di 1M MgSO4 | 10 g di agar | 15 g di agar |
| 500 mL di agar all'1% | Aggiungi dH2O a 1L | Aggiungi dH2O a 1L |
| Aggiungi dH2O a 1L | Gentamicina (concentrazione finale 15 μg/mL) |
Tabella 1: Composizione dei terreni per le varie piastre utilizzate nel saggio.
1. Preparazione delle piastre del terreno di coltura
NOTA: Vedere la Tabella dei materiali per preparare le soluzioni madre e le condizioni di conservazione. Le piastre devono essere riempite su una superficie livellata. Durante l'asciugatura, le piastre devono essere piane sulla superficie (cioè non impilate). In questo modo si garantisce che il terreno di coltura nella piastra si asciughi in modo uniforme. Qualsiasi piastra uniwell con un ingombro tipico può funzionare, ma le piastre con dimensioni interne maggiori (senza pareti interne), come le piastre Singer Instruments Plus o le piastre per coltura tissutale a pozzetto singolo non trattate VWR, facilitano il lavoro con una maggiore densità di colonie per piastra.
2. Preparazione delle piastre sorgente della libreria di mutanti dei trasposoni di P. aeruginosa
NOTA: Le piastre sorgente si riferiscono alle piastre LBA-gentamicina contenenti una copia della libreria PA14 che vengono utilizzate successivamente per inoculare le piastre di motilità. La libreria di mutanti trasposoni di P. aeruginosa (libreria PA14) è un set di 59 piastre congelate a 96 pozzetti29. Di seguito vengono descritti i passaggi per preparare le piastre sorgente per ciascun formato. Questo protocollo è adattabile per i laboratori che non hanno accesso al replicatore Rotor+. I ricercatori possono eseguire con successo le stesse procedure sperimentali utilizzando replicatori manuali, come i replicatori a 96 pin caricati a molla utilizzati qui per la replica delle piastre congelate della libreria PA14 durante il Giorno 1 (fare riferimento alla Tabella dei Materiali) o qualsiasi altro replicatore a 96 pin. I replicatori manuali devono essere sterilizzati e lasciati raffreddare tra un utilizzo e l'altro.

Figura 2: Upscaling da piastre a densità 96 a piastre a densità 384. Le colonie provenienti da quattro piastre sorgente a densità 96 vengono trasferite e fuse in un'unica piastra a densità 384. Ogni quadrante della piastra a 384 pozzetti corrisponde a una delle piastre originali a 96 pozzetti (rosso, blu, giallo e verde), preservando la posizione di ciascun mutante. Creato con BioRender. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Esperimento di motilità ad alto rendimento
NOTA: Il protocollo è stato eseguito qui nel formato a densità 384, ma lo stesso protocollo può essere adattato a un formato a densità 96 modificando i parametri sul replicatore per il trasferimento dalle piastre sorgente alle piastre di motilità utilizzando la selezione 96 invece di 384.
4. Analisi dei fenotipi della motilità
NOTA: L'analisi delle immagini viene eseguita come descritto in dettaglio da French et al.30,31. Uno script per eseguire l'analisi dei dati è disponibile da31 (ImageJ Macro).
5. Saggi tradizionali di motilità per la validazione dei risultati
NOTA: Dopo aver osservato mutanti con motilità impattata nel protocollo di motilità ad alto rendimento, è importante convalidare individualmente i risultati ottenuti. Il protocollo di motilità individuale differisce da quello utilizzato per i test ad alto rendimento, ma i terreni utilizzati sono gli stessi.
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Abbiamo utilizzato questo protocollo per caratterizzare l'effetto dell'inattivazione genica sulla motilità di P. aeruginosa ad alto rendimento. Qui, abbiamo dettagliato il suo utilizzo per studiare la motilità dello sciame e delle contrazioni in una raccolta di delezioni di P a livello di genoma. aeruginosa ceppo PA14 (libreria PA14). Il protocollo offre una grande versatilità e facilità d'uso, consentendo modifiche a diverse fasi del protocollo, come l'utiliz...
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Il protocollo di motilità ad alto rendimento qui descritto ci consente di elaborare e analizzare il fenotipo di motilità di molte colonie con precisione e riproducibilità. Rispetto ai metodi manuali tradizionali, questo approccio semi-automatizzato aumenta la scalabilità e la produttività dei saggi di motilità per consentire la valutazione dell'intero genoma della motilità batterica. Il protocollo è stato ottimizzato per l'uso con la libreria PA14, ma questo test potrebbe essere utilizza...
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Gli autori dichiarano di non divulgare.
Ringraziamo il laboratorio Surette della McMaster University per aver fornito una copia della biblioteca PA14. Ringraziamo il Dr. Fabrice Jean-Pierre per i suoi utili commenti sul manoscritto. Questo lavoro è stato sostenuto dal Natural Science and Engineering Research Council of Canada (RGPIN-2019-06044) e da una sovvenzione iniziale per nuovi ricercatori del Fonds de recherche du Québec - Santé (FRQS; #295613). J.-P.C. è titolare di una borsa di studio Chercheur boursier junior 2 del Fonds de recherche du Québec-Santé (FRQS).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 96 piastre di pozzo | Corning | 3701 | |
| Agar | Fisher Scientific | BP1423-2 | Concentrazione finale dello 0,5% per la motilità dello sciami o dell'1% per la motilità del tremolamento rispettivamente. |
| Casaminoacidi | Fisher Scientific | 223050 | Prepara una scorta al 20% in acqua. Il filtro sterilizza con 0,22 e mu; m filtrare e conservare a 4 °C. Concentrazione finale 0,5% in mezzo minimo M9. |
| Viola cristallino | Bio Basic | CB0331 | Prepara una soluzione all'1% in acqua. |
| D-Glucosio | Bio Basic | GB0219 | Prepara un stock al 20% (1,1 M) in acqua e sterilizza tramite autoclaving. Concentrazione finale 0,2% in M9 medium minimo. |
| Filtropur S 0.2 | Sarstedt | 83.1826.001 | |
| Gentamicina solfato | Bio Basic | GB0217 | Prepara un brodo da 30 mg/ml in acqua. Il filtro sterilizza con 0,22 e mu; Filtro e conservazione a 4 gradi M; C & ndash; Concentrazione finale nelle tavole 15 & micro; g/mL.. |
| Inoculazione dell'Ancio e dell'Ago | Fisher Scientific | 22363597 | |
| M9 Sali Minimi, 5X | Fisher Scientific | 248510 | Prepara un stock da 1 milione in acqua e sterilizzalo con autoclave. Concentrazione finale 1 mM in mezzo minimo M9. & nbsp; |
| Solfato di magnesio (MgSO4) | Fisher Scientific | M63-500 | Prepara un stock di MgSO4 da 1 M in acqua. Il filtro sterilizza con 0,22 e mu; Filtro M e conserva a temperatura ambiente. Concentrazione finale |
| PA14 Inserimento Trasposone Mutante Libreria | Liberati et al., 2006 (vedi riferimento 29) | 59 lastre da 96 pozzi per l'intera collezione. Ogni pozzo contiene un singolo mutante in LB con il 25% di glicerolo. | |
| Placca di Petri 92x16mm | Sarstedt | 82.1473.001 | |
| PhenoBooth+ | Strumenti cantanti & nbsp; | https://www.singerinstruments.com/solution/phenobooth/specification/ | Dissolvere 11,3 g della polvere in 200 mL di acqua purificata. Autoclave a 121 & deg; C per 15 min. & nbsp; |
| Siringa di plastica 10 mL | Fisher Scientific | 14955459 | |
| Rotor+ | Strumenti cantanti & nbsp; | https://www.singerinstruments.com/resource/rotor-had/ | |
| Short pin RePads 384 densità | Strumenti cantanti & nbsp; | REP-004 | |
| Short pin RePads 96 densità | Strumenti cantanti & nbsp; | REP-002 | |
| Cloruro di Sodio (NaCl) | Fisher Scientific | BP358-212 | |
| Replicatore a molla a 96 pin | EnzyScreen | CR1000 | |
| Lama chirurgica in acciaio inox n. 25 | Fisher Scientific | 08-918-5F | |
| Triptone & nbsp; | Oxoid | LP0042B | |
| Targhe Uniwell | Strumenti cantanti & nbsp; | Piastre Plus: PLU-003 | Dimensione della placca: 54 e più volte; 34 e volte; 38 cm - senza pareti interne, che offrono dimensioni interne maggiori. |
| Targhe Uniwell | VWR | Piastre di coltura tissutale a pozzo singolo: 75780-348 | Stesse dimensioni delle PlusPlate. |
| Estratto di lievito & nbsp; | Fisher Scientific | 248510 |
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