Pour utiliser Caenorhabditis elegans (C. elegans) dans la recherche omique, une méthode est nécessaire pour générer de grandes populations de vers où un seul échantillon peut être mesuré sur toutes les plateformes pour des analyses comparatives. Ici, une méthode pour la culture des populations de C. elegans sur des plaques de culture à grande échelle (LSCPs) et pour documenter la croissance de la population est présentée.
Caenorhabditis elegans (C. elegans) a été et reste un organisme modèle précieux pour étudier la biologie du développement, le vieillissement, la neurobiologie et la génétique. Le vaste corpus de travaux sur C. elegans en fait un candidat idéal pour s’intégrer dans des études sur de grandes populations d’animaux entiers afin de disséquer les composants biologiques complexes et leurs relations avec un autre organisme. Afin d’utiliser C. elegans dans la recherche collaborative omique, une méthode est nécessaire pour générer de grandes populations d’animaux où un seul échantillon peut être divisé et analysé sur diverses plateformes pour des analyses comparatives.
Ici, une méthode pour culturer et recueillir une population abondante d’elegans de C. de mélange-étape sur un plat de culture à grande échelle (LSCP) et des données phénotypiques suivantes est présentée. Ce pipeline produit un nombre suffisant d’animaux pour recueillir des données phénotypiques et de population, ainsi que toutes les données nécessaires aux expériences omiques (c.-à-d. génomique, transcriptomique, protéomique et métabolomique). De plus, la méthode LSCP exige une manipulation minimale pour les animaux eux-mêmes, moins de temps de préparation de l’utilisateur, fournit un contrôle environnemental étroit et garantit que la manipulation de chaque échantillon est cohérente tout au long de l’étude pour la reproductibilité globale. Enfin, des méthodes permettant de documenter la taille de la population et la répartition de la population de C. elegans aux stades de vie dans un LSCP donné sont présentées.
C. elegans est un petit nématode libre que l’on trouve dans le monde entier dans une variété d’habitats naturels1. Sa relative facilité de croissance, son temps de génération rapide, son système de reproduction et son corps transparent en font un organisme modèle puissant qui a été largement étudié en biologie du développement, en vieillissement, en neurobiologie et en génétique2,3. Le travail copieux sur C. elegans en fait un candidat de choix à utiliser dans les études -omiques pour relier de manière exhaustive les phénotypes aux composants biologiques complexes et à leurs relations dans un organisme donné.
Pour utiliser C. elegans dans la recherche omique collaborative, une méthode est nécessaire pour générer de grandes populations d’animaux à stade mixte où un seul échantillon peut être divisé et utilisé sur diverses plateformes et instruments pour des analyses comparatives. La création d’un pipeline pour générer un tel échantillon nécessite une conscience aiguë de l’alimentation, de l’environnement, du stress, de la structure de la population, ainsi que de la manipulation et de la collecte des échantillons. Par conséquent, il est crucial d’intégrer des conditions de culture standard et reproductibles dans des pipelines à grande échelle. Dans la recherche de C. elegans, deux méthodes traditionnelles sont utilisées pour la culture des vers – les boîtes de Pétri d’agar et la culture liquide4.
Historiquement, lorsque de grandes quantités de C. elegans sont nécessaires, ils sont cultivés en culture liquide4. Les étapes impliquées dans la génération d’une grande population de vers en culture liquide nécessitent de multiples étapes de manipulation qui incluent souvent la synchronisation de l’eau de Javel pour rompre les cuticules adultes gravides, libérant des embryons pour atteindre la taille de population souhaitée. Toutefois, lorsque la synchronisation de l’eau de Javel est utilisée, la croissance de la population dépend de la taille du recensement et, par conséquent, a une effet sur la croissance et les chiffres de population subséquents. De plus, les souches de C. elegans varient dans leur sensibilité à la cuticule, leur temps d’exposition et leur réponse au stress à la synchronisation de l’eau de Javel, ce qui rend difficile le dosage de nombreuses souches à un moment5,6,7,8,9.
De plus, la croissance des vers en culture liquide nécessite quelques étapes de transfert car il est souvent recommandé de ne cultiver qu’une seule génération de vers avant la récolte, car le surpeuplement peut facilement se produire s’il est cultivé pendant plusieurs générations et entraîner la formation de dauer malgré la présence de nourriture10. La formation de Dauer se produit par de petites molécules de signalisation telles que les ascarosides, souvent appelés « phéromones dauer »11,12,13,14,sont libérées dans des milieux liquides et affectent la croissance de la population. En outre, la croissance de grandes populations de vers en culture liquide entraîne une accumulation excessive de bactéries dans la culture, ce qui crée des difficultés lorsqu’un échantillon propre est nécessaire pour les essais phénotypiques en aval. Enfin, lorsqu’une culture liquide est contaminée, elle est plus difficile à maintenir car les spores fongiques ou les cellules bactériennes sont facilement dispersées dans l’ensemble du milieu15.
L’autre méthode traditionnelle de culture de C. elegans est sur des boîtes de Pétri d’agar. Les boîtes de Pétri disponibles dans le commerce permettent de cultiver facilement plusieurs générations de vers à stade mixte sans les effets rapides de la surpopulation et de la formation élevée de dauer comme on le voit dans les cultures liquides. Cependant, un inconvénient de la croissance des vers sur les boîtes de Pétri traditionnelles est que la plus grande boîte de Pétri disponible dans le commerce ne donne pas de grandes populations de vers pour une étude -omique sans ajouter une étape de synchronisation de l’eau de Javel. En résumé, la culture de populations à stade mixte de C. elegans sur des boîtes de Pétri à gélose convient mieux à la collecte de données omiques, mais nous avions besoin d’une méthode pour générer de très grandes tailles de population sans culture liquide.
Ici, nous présentons une méthode de culture et de collecte de grandes populations de C. elegans au stade mixte sur des plaques de culture à grande échelle (LSCP). La collecte d’échantillons dans ce pipeline permet de recueillir suffisamment d’échantillons pour recueillir des données phénotypiques et de population, ainsi que toutes les données nécessaires aux expériences omiques(c.-à-d.génomique, transcriptomique, protéomique et métabolomique). De plus, la méthode LSCP exige une manipulation minimale des animaux, moins de temps de préparation de l’utilisateur, fournit un contrôle environnemental serré et garantit que la manipulation de chaque échantillon est cohérente tout au long de l’étude pour la reproductibilité globale.
Une variété de navires peuvent être utilisés comme LSCP. Dans ce protocole, un plat de cuisson en verre standard a été utilisé. Les LSPCs utilisés avaient des dimensions extérieures de 35,56 x 20,32 cm, des dimensions intérieures de 27,94 x 17,78 cm et une profondeur d’environ 4,45 cm et étaient munis d’un couvercle. Ainsi, la quantité de bactéries utilisée ici a été optimisée pour un LSCP avec les dimensions ci-dessus pour produire une grande population de vers à stade mixte. Le volume et la concentration bactériens peuvent être ajustés pour répondre aux besoins expérimentaux.
La contamination par des moisissures, des champignons ou d’autres sources bactériennes peut se produire à n’importe quelle étape de la méthode LSCP, alors manipulez les échantillons avec soin. Avant de commencer toute étape du protocole, assurez-vous que l’espace de travail est nettoyé avec 70% d’éthanol et 10% d’eau de Javel. Si disponible, traiter les zones utilisées avec de la lumière UV pendant 30 min et allumer un filtre à air HEPA 30 min avant de commencer chaque étape.
En cultivant le LSCP dans un environnement contrôlé(c’est-à-diredans une salle de TDM réglée à 20 °C), l’utilisateur peut plus facilement suivre la croissance de l’échantillon et documenter la contamination potentielle. Si la surface du LSCP est contaminée, soit éliminer la contamination dans la mesure du possible et laisser l’échantillon continuer à croître, soit jeter l’échantillon s’il n’est pas possible de contrôler la contamination. Il est impératif de s’attaquer rapidement à la contamination afin de réduire la croissance indésirable et de s’assurer qu’elle ne surpasse pas les vers pour les ressources.
Cette méthode est destinée à ceux qui veulent cultiver des cultures de population mixte à grande échelle de C. elegans. Bien qu’il puisse être possible de cultiver des populations synchronisées de vers sur le LSCP comme cela a été fait sur des boîtes de Pétri disponibles dans le commerce et en culture liquide, les auteurs n’ont pas testé cette option. De plus, si les utilisateurs souhaitent cultiver plus d’environ 2,4 millions de vers en moyenne dans un échantillon donné, une méthode différente est recommandée4. Le succès de la croissance dépend de la souche traitée dans le pipeline. Les auteurs ont réussi à développer des populations d’environ 2,4 millions de vers dans au moins cinq répétitions biologiques de 15 souches de C. elegans, ce qui indique que la méthode est robuste.
Avant de commencer l’expérience, notez que l’âge et la santé d’un ver donné peuvent influencer la fécondité et le temps de croissance de la population ultérieur. Assurez-vous que les vers sont maintenus dans des conditions saines avec un minimum de stress avant d’être utilisés dans ce pipeline. On suppose que des échantillons de stock ont été créés, congelés et conservés à -80 °C pour réduire la dérive génétique au fil du temps.
Selon les besoins d’une expérience donnée, le nombre d’adultes gravides partants sur un LSCP peut être modifié. La modification du nombre d’adultes gravides partants dans le LSCP modifiera le taux de croissance et, par conséquent, le temps de récolte. Cinq adultes gravides sont utilisés pour ensemencer chaque LSCP pour les raisons suivantes : (1) Un moyen simple, rapide et efficace d’ensemencer de nombreuses souches de C. elegans sur des LSCP en même temps était nécessaire et (2) pour réduire les différences d’âge parmi les adultes gravides cueillis qui pourraient mener à l’hétérogénéité de croissance.
Cette méthode permet à l’utilisateur de récolter de grandes populations de vers avec tous les stades du cycle de vie présents. Avec les méthodes actuelles disponibles, la collecte d’échantillons à grande échelle de C. elegans nécessite une synchronisation de l’eau de Javel pour obtenir le nombre de vers souhaités pour le travail en aval. Compte tenu de cette approche, on peut maintenant cultiver autant de vers que possible auparavant dans des fermenteurs ou des cultures liquides à grande échelle sans les difficultés associées à la synchronisation de l’eau de Javel et aux multiples étapes de manipulation. Notre protocole permet de cibler efficacement les souches d’intérêt, d’utiliser un temps de manipulation minimal pour la croissance de l’échantillon lui-même et d’isoler les stades des vers ou de la population au besoin dans les pipelines en aval.
Un LPFC a été utilisé comme outil pour documenter la répartition et la taille de la population dans un LSCP donné. Le LPFC utilisé est un système à flux continu qui analyse, trie et distribue les vers en fonction de leur taille (TOF) et de leur densité optique. Comme un ver donné passe à travers la cellule d’écoulement, le détecteur axial de perte de lumière capture la quantité de lumière de signal bloquée par un laser à semi-conducteurs de 488 nm pendant la durée nécessaire à un ver pour passer à travers, donnant à l’utilisateur la tof et la densité optique du ver. L’optique et les détecteurs de collecte de fluorescence peuvent également être utilisés pour maximiser la sensibilité à la fluorescence et la collecte sur chaque échantillon. Les paramètres de collecte LPFC varient en fonction de l’instrument. Les utilisateurs peuvent utiliser une variété de plates-formes pour capturer la taille des vers et ne sont pas limités à l’utilisation de ce protocole si un LPFC n’est pas disponible.
Les auteurs utilisent des échantillons cultivés selon la méthode décrite ici pour identifier des métabolites inconnus dans diverses souches de C. elegans par chromatographie liquide – spectrométrie de masse, spectroscopie RMN et séquençage de l’ARN. Les auteurs prévoient continuer à utiliser cette méthode pour la croissance d’échantillons dans ce pipeline avec une variété de souches de C. elegans, car de nouvelles souches d’intérêt peuvent être facilement traitées à l’aide de ce pipeline.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions les membres du laboratoire Edison pour les discussions utiles et les commentaires sur ce manuscrit; en particulier, B.M. Garcia. Certaines souches ont été fournies par la CCG, qui est financée par le Bureau des programmes d’infrastructure de recherche des NIH (P40 OD010440), et cendr, qui est financé par NSF Living Collections CSBR 1930382. Ce travail a été soutenu par une subvention des NIH (U2CES030167).
10 mL Sterile Serological Pipettes | VWR | 89130-898 | |
10 ul pipette tips | VWR | 89079-438 | |
100 ul pipette tips | VWR | 89079-442 | |
1000 mL Graduated Cylinder | VWR | 10124-380 | |
1000 ul pipette tips | VWR | 89079-488 | |
15 mL conical tubes | VWR | 89039-668 | |
190 Proof Ethanol | VWR | 89125-166 | |
2 L Wide Neck Erlenmeyer Flask | VWR | 75804-654 | |
50 mL conical tubes | VWR | 75874-294 | |
Agar | Sigma | 05040-100G | |
Agarose | Sigma | A9539-500G | |
BVC Control G Fluid Aspiration System | Vacuubrand | ||
Calcium Chloride | Sigma | 449709-10G | |
Cholesterol | Sigma | C3045-25G | |
Clorox Bleach | VWR | 89414-502 | |
Conviron Control Temperature Room | Conviron | https://www.conviron.com/environmental-rooms | |
Corning Low Volume 384 Well Black with Clear Flat Bottom Polystyrene TC-Treated Microplate | VWR | 89089-866 | |
Fisher Scientific Accuspin 3R | Fisher | ||
Flat-Bottom 24-Well Plate | VWR | 29443-952 | |
Honeywell True HEPA Purifier 465 sq ft. | Home Depot | 204390560 | |
HT115 E. coli (DE3) | CGC | HT115(DE3) | https://cgc.umn.edu/strain/HT115(DE3) |
Kimwipes | VWR | 470224-038 | |
Large Scale Culture Plate (LSCP) | Pyrex | 1090948 | Pyrex 2-quart Glass Baking Dish with Red Lid |
Magnesium Sulfate | Sigma | C86677-25G | |
MgSO4 | VWR | 97062-998 | |
Microscope Plain Slides | VWR | 16004-422 | |
Millipore Filter | Millipore | 1.11727.2500 | |
Molecular Devices ImageXpress | Molecular Devices | Model Number:IXMConfocal | https://www.moleculardevices.com/products/cellular-imaging-systems/high-content-imaging/imagexpress-micro-confocal#gref , Authors used MetaXpress Software Version 6.5.4.532 |
Nystatin (10mg/mL) | Sigma | N6261-25MU | |
Peptone | Sigma | P7750-100G | |
Petri Dishes (6 cm) | VWR | 25384-092 | |
Pipette Controller | VWR | 613-4180 | |
Potassium Chloride | Fisher | P217-3 | |
Potassium Phosphate Monobasic | VWR | 0781-500G | |
Potasssium Hydroxide | Fisher | P250-500 | |
Red Fluroscent Microspheres | Polysciences | 19507-5 | |
Sodium Chloride | Sigma | 746398-500G | |
Sodium Hydroxide | Fisher | 111357 | |
Sodium Phosphate Dibasic Anhydrous | Fisher | BP332-500 | |
Standard Gilson Pipette Set | Gilson | FA10002M, FA10004M, FA10006M | |
Streptomycin (100mg/mL) | Sigma | S6501-25G | |
Union Biometrica COPAS BioSorter | Union Biometrica | https://www.unionbio.com/biosorter/ , authors used: Flow Pilot software version 1.6.1.3. |