$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Bakterie nieustannie doświadczają zmian w swoim środowisku zewnętrznym i rozwinęły kilka technik, aby odpowiednio zmienić i dostosować swoje zachowanie. Jeden z takich mechanizmów polega na różnicowaniu się w odrębne typy komórek, które lepiej uzupełniają zmienione środowisko. Różnicowanie często wiąże się z poważnymi zmianami w regulacji cyklu komórkowego, morfologii komórek i czasoprzestrzennej organizacji komórek. Jednym z organizmów, który może ulegać różnicowaniu, jest Vibrio parahaemolyticus. V. parahaemolyticus należy do rodziny Vibrionaceae, która jest rodziną proteobakterii, które zwykle zamieszkują słodką lub słoną wodę. Vibrionaceae są szeroko rozpowszechnione w środowisku i obejmują kilka gatunków, które powodują infekcje przewodu pokarmowego u ludzi, w tym również Vibrio cholerae.V. parahaemolyticus jest organizmem dymorficznym i jest w stanie różnicować się w dwa odrębne typy komórek w odpowiedzi na zmiany w swoim środowisku zewnętrznym. W środowisku wodnym występuje jako krótka komórka pływaka w kształcie pręta z pojedynczą polarną wicią umieszczoną na starym biegunie komórki. Po kontakcie z powierzchnią wyzwalane jest różnicowanie się w komórkę roju. Różnicowanie komórek roju obejmuje dwie główne zmiany: morfogenezę komórek roju poprzez hamowanie podziału komórek oraz indukcję drugiego systemu wici. Powoduje to powstanie okołoskórej i bardzo wydłużonej komórki roju w kształcie pręcika, która może albo kontynuować styl życia roju, w którym zdarzenia podziału skutkują powstaniem komórek roju potomnego, albo alternatywnie różnicować się z powrotem w komórki pływaka.
Zgłoszono kilka czynników, które indukują lub wpływają na różnicowanie rojów. Wydaje się, że główny bodziec jest napędzany przez mechanosensing, w którym V. parahaemolyticus wykorzystuje wić polarną jako czujnik dotykowy, który wykrywa zahamowanie rotacji przy kontakcie z powierzchnią, ale w grę wchodzi również kilka innych czynników1. W laboratorium rotacja wici polarnej może być sztucznie zahamowana przez dodanie fenamilu, który blokuje rotację wiciowców napędzaną kanałem sodowym, indukując w ten sposób różnicowanie roju2. Co więcej, we wcześniejszym badaniu Vibrio alginolyticus został nakłoniony do rojenia się na pożywkach stałych, gdy komórki rozmnażano na pożywce wzrostowej na szalce Petriego zamkniętej przezroczystą plastikową taśmą. Bibuła filtracyjna nasycona alkaliami zapobiegała rojeniu się w tych warunkach, co sugeruje, że jeden lub więcej lotnych kwasów może być zaangażowanych w indukcję roju. Tak więc uszczelnienie szalki Petriego plastikową taśmą prawdopodobnie pozwoliło na gromadzenie się lotnych kwasów, powstałych jako produkty uboczne metabolizmu komórkowego, w przestrzeni nad głową płytki. Ten sam efekt osiągnięto, gdy H2O2 został dodany do pożywki wzrostowej na niezamkniętych szalkach Petriego w celu sztucznego wytworzenia lotnych kwasów poprzez hydrolizę składników pożywki3,4,5. Niemniej jednak tożsamość takich lotnych kwasów pozostaje nieznana. Co więcej, wykazano, że nadmierna dostępność wapnia6 i iron-limitation7 zwiększają różnicowanie roju i proliferację na powierzchniach stałych. Komórki mogą być pozbawione żelaza poprzez dodanie do pożywki 2,2'-bipirydylu, który, jak wykazano, wpływa na różnicowanie roju8. Czynniki, o których wiadomo, że regulują różnicowanie, są obecnie wdrażane w projektowaniu protokołu, który w powtarzalny sposób indukuje różnicowanie V. parahaemolyticus w komórki roju i ich proliferację na stałych powierzchniach agaru.
V. Różnicowanie parahaemolyticus obejmuje poważne zmiany w regulacji podziału komórek, morfologii komórek i pozycjonowaniu maszyn makromolekularnych, takich jak aparaty wici i chemotaksji - procesy, które wymagają specyficznej lokalizacji białek zgodnie z cyklem komórkowym. Tak więc możliwość badania wewnątrzkomórkowej lokalizacji takich białek jest niezbędna do zrozumienia wyżej wymienionych procesów komórkowych. Do wykonania takich badań niezbędna jest mikroskopia fluorescencyjna na pojedynczych komórkach. Może to być szczególnie trudne w przypadku obrazowania komórek, które istnieją w gęstych populacjach bakterii, jak ma to miejsce w przypadku komórek roju. Podjęto próby wywołania różnicowania roju w płynnych pożywkach, które mogłyby potencjalnie wygenerować pojedyncze komórki do badań mikroskopowych. I chociaż na poziomie transkrypcyjnym komórki te częściowo indukowały program różnicowania roju, nie przechodzą tych samych wyraźnych zmian morfologicznych, co w pełni zróżnicowane komórki roju hodowane na stałym podłożu8. W artykule tym przedstawiono solidny i powtarzalny protokół metody indukowania różnicowania komórek roju na powierzchni agaru. Protokół tworzy populację łatwo dostępnych komórek roju, które są łatwo dostępne do mikroskopii pojedynczej komórki i późniejszej analizy. Ponadto protokół umożliwia badania lokalizacji białek znakowanych fluorescencyjnie zarówno w typach komórek pływaka, jak i roju (sekcje 1, 2, 3, 4). Dodatkowo w protokole opisano późniejszy proces przetwarzania i analizy danych generowanych z eksperymentów mikroskopii fluorescencyjnej, co pozwala na analizę demograficzną społeczeństw bakteryjnych (sekcja 5).