Quantificando a motilidade de enxame de superfície bacteriana em placas de gradiente indutor

A motilidade bacteriana refere-se à migração coletiva de células bacterianas através da superfície de uma substância. Além das placas de ágar semisóidas especialmente preparadas em ^{laboratório1}, este fenótipo também é observado em alguns substratos macios, como tecidos ^animais2, superfícies ^hidratadas3 e raízes ^vegetais4. Embora uma superfície semisóida seja considerada uma das condições fundamentais para o enxame bacteriano, algumas espécies também requerem um meio rico em energia para apoiar sua motilidade ^{em enxame5}. A rotação flagela alimenta tanto a natação quanto a motilidade-natação infestada descreve a motilidade unicelular dentro de um ambiente líquido, enquanto o enxame é o movimento síncrona de uma população microbiana através de superfícies semisócidas.

A viscosidade substrato influencia a motilidade bacteriana; estudos de micróbios patogênicos, como Helicobacter pylori, mostraram que a motilidade do patógeno muda dependendo da viscosidade da camada de mucina, que é influenciada pela acidificação ambiental no hospedeiro ^humano6. Para replicar esses ambientes, estudos anteriores usando concentração de ágar acima de 0,3% (w/v) restringem a motilidade da natação bacteriana para efetuar uma mudança gradual no enxame de superfície. O uso da concentração de ágar acima de 1% (c/v) impede a motilidade de muitas ^espécies7. Os padrões da colônia formados na superfície são diversos, incluindo tapete sem ^{características}, olho de ^touro9, dendritos10 e vórtice11.

Embora a relevância desses padrões ainda não esteja clara, esses padrões parecem depender de pistas ambientais e ^químicas12. As pistas ambientais abrangem diferentes aspectos, incluindo temperatura, salinidade, luz e pH, enquanto as pistas químicas incluem a presença de moléculas sensoriais de quórum microbiano, subprodutos bioquímicos e nutrientes. O quórum de autoindutores que detectam moléculas de sinalização como a AHL (N-hexanoyl-L homoserina lactona) pode impactar o enxame de superfície, regulando a produção de ^{surfactante13,14}. Resveratrol, um composto de fitoalexina, poderia restringir a motilidade bacteriana ¹⁵.

No presente trabalho, investigamos o efeito das concentrações gradientes de resveratrol na cepa Escherichia coli K12 do tipo selvagem e investigamos a motilidade de enxame arabinose da espécie E. coli K12-YdeH e Pseudomonas aeruginosa PAO1-YdeH. A produção da enzima YdeH é induzida por arabinose através do promotor araBAD, resultando em perturbação c-di-GMP celular e afetando motilidade bacteriana ^16,17. Este comportamento de enxame indutível é estudado usando placas de enxame de gradiente arabinose com cepas E. coli K12-YdeH e P. aeruginosa PAO1-YdeH.

As placas de enxame de gradiente são preparadas solidificando sucessivamente o meio de dupla camada (Figura 1B). A camada inferior compreende o meio adicionado com o indutor, derramado em um lado de uma placa de Petri apoiada. Após a solidificação da camada inferior, a placa de Petri é devolvida a uma superfície plana, onde a camada superior contendo o meio sem o indutor é adicionada do outro lado da placa. Depois que as placas de enxame são completamente solidificadas, os poços de retenção isometricamente organizados são produzidos por furos chatos nas placas do enxame seguindo um layout fixo (Figura 1C) ou imprimindo os poços usando um modelo impresso em 3D da tampa da placa contendo pinos durante o processo de cura média (Figura Suplementar S1). Um sistema de imagem em gel é usado para capturar as morfologias em diferentes pontos de tempo (Figura 2). A análise do enxame de superfície usando o software ImageJ (Figura Suplementar S2) fornece resultados quantitativos do processo de enxame de superfície (Figura 3).

Assim, propomos um método simples para testar a motilidade de enxame de superfície dentro de uma faixa de concentração de indutores. Este método pode ser usado para testar múltiplas respostas de concentração de outros indutores misturando o indutor no meio de camada inferior e pode ser aplicado a outras espécies motile (por exemplo, Bacillus subtilis, Salmonella enterica, Proteus mirabilis, Yersinia enterocolitica). Esta abordagem poderia fornecer resultados qualitativos e quantitativos confiáveis para a triagem de um único indutor químico, e placas separadas podem ser empregadas para avaliar mais indutores químicos.