Quantification de la motilité de l’essaimage de surface bactérienne sur les plaques de gradient inducteur

La motilité d’essaimage bactérien fait référence à la migration collective de cellules bactériennes à travers la surface d’une substance. Outre les plaques de gélose semi-solides spécialement préparées en ^laboratoire1, ce phénotype est également observé sur certains substrats mous tels que les tissus ^animaux2, les surfaces ^hydratées3 et les racines ^végétales4. Alors qu’une surface semi-solide est considérée comme l’une des conditions fondamentales de l’essaimage bactérien, certaines espèces ont également besoin d’un milieu riche en énergie pour soutenir leur motilité d’essaimage5. La rotation des flagelles alimente à la fois la nage et l’essaimage, la nage de motilité décrit la motilité unicellulaire dans un environnement liquide, tandis que l’essaimage est le mouvement synchrone d’une population microbienne sur des surfaces semi-solides.

La viscosité du substrat influence la motilité bactérienne; des études sur des microbes pathogènes, tels que Helicobacter pylori, ont montré que la motilité de l’agent pathogène change en fonction de la viscosité de la couche de mucine, qui est influencée par l’acidification environnementale chez l’hôte ^humain6. Pour reproduire ces environnements, des études antérieures utilisant une concentration de gélose supérieure à 0,3% (p / v) limitent la motilité de nage bactérienne pour effectuer un déplacement progressif vers l’essaimage de surface. L’utilisation d’une concentration de gélose supérieure à 1 % (p/v) empêche la motilité d’essaimage de nombreuses ^espèces7. Les motifs de colonie formés à la surface sont divers, y compris ^mat8 sans caractéristiques, œil de ^taureau9, dendrites10 et ^vortex11.

Bien que la pertinence de ces modèles reste incertaine, ces modèles semblent dépendre d’indices environnementaux et ^chimiques12. Les indices environnementaux couvrent différents aspects, y compris la température, la salinité, la lumière et le pH, tandis que les indices chimiques comprennent la présence de molécules microbiennes de détection du quorum, de sous-produits biochimiques et de nutriments. Les molécules de signalisation de détection de quorum auto-inducteurs telles que l’AHL (N-hexanoyl-L homosérine lactone) peuvent avoir un impact sur l’essaimage de surface en régulant la production de tensioactif13,14. Le resvératrol, un composé phytoalexine, pourrait limiter la motilité de l’essaimage ^bactérien15.

Dans le présent travail, nous étudions l’effet des concentrations de gradient de resvératrol sur la souche Escherichia coli K12 de type sauvage et étudions la motilité d’essaimage inductible à l’arabinose des espèces E. coli K12-YdeH et Pseudomonas aeruginosa PAO1-YdeH. La production de l’enzyme YdeH est induite par l’arabinose via le promoteur araBAD, ce qui entraîne une perturbation cellulaire c-di-GMP et affecte la motilité de l’essaimage ^{bactérien16,17}. Ce comportement d’essaimage inductible est étudié à l’aide de plaques d’essaim à gradient arabinose avec des souches E. coli K12-YdeH et P. aeruginosa PAO1-YdeH.

Les plaques d’essaim gradient sont préparées en solidifiant successivement un milieu à double couche (Figure 1B). La couche inférieure comprend le milieu ajouté avec l’inducteur, versé sur un côté d’une boîte de Petri soutenue. Lors de la solidification de la couche inférieure, la boîte de Petri est renvoyée sur une surface plane, où la couche supérieure contenant le milieu sans inducteur est ajoutée de l’autre côté de la plaque. Une fois les plaques d’essaim complètement solidifiées, des puits de rétention disposés isométriquement sont produits en forant des trous sur les plaques d’essaim suivant une disposition fixe (figure 1C) ou en imprimant les puits à l’aide d’un modèle imprimé en 3D du couvercle de la plaque contenant des chevilles pendant le processus de durcissement du milieu (figure supplémentaire S1). Un système d’imagerie sur gel est utilisé pour capturer les morphologies d’essaimage à différents moments (Figure 2). L’analyse de l’essaimage de surface à l’aide du logiciel ImageJ (figure supplémentaire S2) fournit des résultats quantitatifs du processus d’essaimage de surface (figure 3).

Ainsi, nous proposons une méthode simple pour tester la motilité de l’essaimage de surface dans une plage de concentration d’inducteurs. Cette méthode peut être utilisée pour tester les réponses de concentration multiples d’autres inducteurs en mélangeant l’inducteur dans le milieu de la couche inférieure et peut être appliquée à d’autres espèces mobiles (par exemple, Bacillus subtilis, Salmonella enterica, Proteus mirabilis, Yersinia enterocolitica). Cette approche pourrait fournir des résultats qualitatifs et quantitatifs fiables pour le criblage d’un seul inducteur chimique, et des plaques séparées pourraient être utilisées pour évaluer davantage d’inducteurs chimiques.