כימות תנועתיות נחיל משטח חיידקי על לוחות הדרגתיים ממריץ

תנועתיות נוהרת חיידקית מתייחסת להגירה קולקטיבית של תאים חיידקיים על פני השטח של חומר. בנוסף לוחות אגר semisolid שהוכנו במיוחד ^{במעבדה1}, פנוטיפ זה נצפה גם על כמה מצעים רכים כגון רקמות בעלי ^חיים2, משטחים ^hydrated3, ושורשי ^צמחים4. בעוד משטח חצי-סוליד נחשב לאחד התנאים הבסיסיים עבור נחיל חיידקים, מינים מסוימים דורשים גם מדיום עשיר באנרגיה כדי לתמוך תנועתיות הנוהרת ^שלהם5. סיבוב פלאגלה מפעיל הן שחייה והן שחיית תנועתיות שורצת מתאר את תנועתיות חד-תאית בתוך סביבה נוזלית, ואילו נחיל הוא תנועה סינכרונית של אוכלוסייה מיקרוביאלית על פני משטחים חצי-קוליים.

צמיגות מצע משפיעה על תנועתיות חיידקים; מחקרים של חיידקים פתוגניים, כגון הליקובקטר פילורי, הראו כי תנועתיות הפתוגן משתנה בהתאם לצמיגות שכבת המוצין, המושפעת מהחמצה סביבתית במארח ^{האנושי6}. כדי לשכפל סביבות אלה, מחקרים קודמים באמצעות ריכוז אגר מעל 0.3% (w / v) להגביל תנועתיות שחייה חיידקית כדי לבצע שינוי הדרגתי לתוך נחיל פני השטח. השימוש בריכוז אגר מעל 1% (w / v) מונע את תנועתיות נחיל של מינים ^רבים7. דפוסי המושבה הנוצרים על פני השטח הם מגוונים, כולל ^mat8 ללא תכונות, עין ^שור9, dendrites10, ו מערבולת11.

למרות הרלוונטיות של דפוסים כאלה עדיין לא ברור, דפוסים אלה נראים תלויים רמזים סביבתיים ^{וכימיים12}. רמזים סביבתיים מכסים היבטים שונים, כולל טמפרטורה, מליחות, אור ו- pH, ואילו רמזים כימיים כוללים נוכחות של מולקולות חישת מניין מיקרוביאלי, תוצרי לוואי ביוכימיים וחומרים מזינים. מולקולות איתות של מניין Autoinducer כגון AHL (לקטון הומוסרין N-hexanoyl-L) יכול להשפיע על נחיל פני השטח על ידי ויסות הייצור של פעילי ^שטח13,14. רזברטרול, תרכובת פיטואלקסין, יכול להגביל תנועתיות נחיל ^{חיידקים15}.

בעבודה הנוכחית, אנו חוקרים את ההשפעה של ריכוזים הדרגתיים של רזברטרול על סוג בר Escherichia coli K12 זן ולחקור תנועתיות נחיל arabinose-inducable של מהונדס E. coli K12-YdeH ו Pseudomonas aeruginosa PAO1-YdeH מינים. הייצור של האנזים YdeH מושרה על ידי arabinose באמצעות מקדם araBAD, וכתוצאה מכך הפרעה c-di-GMP הסלולר והשפעה על תנועתיות נוהר ^{חיידקים16,17}. התנהגות נחיל בלתי ניתנת לחינוך זו נחקרת באמצעות לוחות נחיל הדרגתיים arabinose עם E. coli K12-YdeH ו P. aeruginosa PAO1-YdeH זנים.

לוחות הנחיל ההדרגתיים מוכנים על-ידי מיצוק רציף של מדיום דו-שכבתי (איור 1B). השכבה התחתונה כוללת את המדיום שנוסף עם הממריץ, שנמזג על צד אחד של צלחת פטרי. עם התגבשות השכבה התחתונה, צלחת הפטרי מוחזרת למשטח שטוח, שם מוסיפים את השכבה העליונה המכילה את המדיום ללא הממריץ מהצד השני של הצלחת. לאחר שליחות הנחיל מתגמצמים לחלוטין, בארות ההחזקה המסודרות באופן איזומטרי מיוצרות על ידי חורים משעממים בלוחות הנחיל לאחר פריסה קבועה (איור 1C) או על ידי הטבעת הבארות באמצעות דגם מודפס תלת-ממדי של כיסוי הלוח המכיל יתדות במהלך תהליך הריפוי הבינוני (איור S1 משלים). מערכת דימות ג’ל משמשת ללכידת המורפולוגיות הנוהרות בנקודות זמן שונות (איור 2). ניתוח נחיל פני השטח באמצעות תוכנת ImageJ (איור S2 משלים) מספק תוצאות כמותיות של תהליך נחיל פני השטח (איור 3).

לכן, אנו מציעים שיטה פשוטה כדי לבדוק את תנועתיות נחיל פני השטח בתוך טווח ריכוז של ממריצים. שיטה זו יכולה לשמש כדי לבדוק תגובות ריכוז מרובות של ממריצים אחרים על ידי ערבוב הממריץ למדיום השכבה התחתונה והוא יכול להיות מיושם על מינים אחרים של רגש (למשל, Bacillus subtilis, סלמונלה enterica, Proteus mirabilis, Yersinia enterocolitica). גישה זו יכולה לספק תוצאות איכותיות וכמותיות אמינות להקרנת ממריץ כימי יחיד, וניתן להשתמש בלוחות נפרדים כדי להעריך יותר ממריצים כימיים.