Isolement et caractérisation du microbiote naturel du nématode modèle Caenorhabditis elegans
Summary
Caenorhabditis elegans est l’une des principales espèces modèles en biologie, mais presque toutes les recherches sont effectuées en l’absence de ses microbes naturellement associés. Les méthodes décrites ici aideront à améliorer notre compréhension de la diversité des microbes associés comme base pour les futures recherches fonctionnelles sur C. elegans.
Abstract
Le nématode Caenorhabditis elegans interagit avec une grande diversité de micro-organismes dans la nature. En général, C. elegans se trouve couramment dans la matière végétale pourrie, en particulier les fruits pourris comme les pommes ou sur les tas de compost. Il est également associé à certains hôtes invertébrés tels que les limaces et les cloportes. Ces habitats sont riches en microbes, qui servent de nourriture à C. elegans et qui peuvent également coloniser de manière persistante l’intestin des nématodes. À ce jour, la diversité et la cohérence exactes du microbiote indigène de C. elegans dans les habitats et les emplacements géographiques ne sont pas entièrement comprises. Nous décrivons ici une approche appropriée pour isoler C. elegans de la nature et caractériser le microbiote des vers. Les nématodes peuvent être facilement isolés des matières compostables, des pommes en décomposition, des limaces ou attirés en plaçant des pommes sur des tas de compost. Le moment idéal pour trouver C. elegans dans l’hémisphère nord est de septembre à novembre. Les vers peuvent être éliminés du substrat collecté en immergeant le substrat dans une solution tampon, puis en collectant des nématodes et en les transférant sur un milieu de croissance des nématodes ou un tampon PCR pour une analyse ultérieure. Nous illustrons en outre comment les échantillons peuvent être utilisés pour isoler et purifier les micro-organismes associés aux vers et pour traiter les vers pour l’analyse de l’ARN ribosomique 16S de la composition de la communauté du microbiote. Dans l’ensemble, les méthodes décrites pourraient stimuler de nouvelles recherches sur la caractérisation du microbiote de C. elegans dans les habitats et les emplacements géographiques, aidant ainsi à obtenir une compréhension globale de la diversité et de la stabilité du microbiote du nématode comme base pour de futures recherches fonctionnelles.
Introduction
Dans la nature, C. elegans se trouve couramment dans la matière végétale pourrie, en particulier les fruits pourris comme les pommes ou sur les tas de compost1. Il est également associé à certains hôtes invertébrés tels que les limaces et les cloportes 2,3. Ces habitats sont riches en microbes, qui non seulement servent de nourriture au ver, mais peuvent également former des associations stables avec lui. Les informations sur la diversité des micro-organismes naturellement associés n’ont été publiées qu’en 2016 4,5,6. Depuis lors, ces études et seulement quelques études plus récentes ont révélé que C. elegans est associé à une variété de bactéries et de champignons, y compris le plus souvent des bactéries du genre Pseudomonas, Enterobacter, Ochrobactrum, Erwinia, Comamonas, Gluconobacter, et plusieurs autres 6,7,8. Plusieurs bactéries associées peuvent coloniser de manière stable l’intestin du ver, mais pas toutes 6,9,10,11,12. Ils sont susceptibles d’être d’une importance clé pour notre compréhension de la biologie de C. elegans, car ils peuvent fournir de la nutrition, protéger contre les agents pathogènes et éventuellement d’autres facteurs de stress, et affecter les traits centraux de l’histoire de vie tels que le taux de reproduction, le développement ou les réponses comportementales.
À titre d’exemple, les isolats naturellement associés des genres Pseudomonas, Ochrobactrum, ainsi que Enterobacter ou Gluconobacter peuvent protéger le ver contre l’infection pathogène et tuer de manière distincte 5,6,11,13,14. Un isolat spécifique du genre Comamonas influence la réponse alimentaire, le développement, la durée de vie et la fertilité des nématodes15,16,17. Les bactéries de Providencia produisent le neuromodulateur tyramine et modulent ainsi l’activité du système nerveux de l’hôte et les réponses comportementales résultantes18. Il a été démontré qu’un ensemble de différentes bactéries naturellement associées affectait le taux de croissance de la population, la fertilité et les réponses comportementales 5,6,9,11,19.
À ce jour, la diversité et la cohérence exactes du microbiote indigène de C. elegans dans les habitats et les emplacements géographiques ne sont pas entièrement comprises, et d’autres associations entre le ver et les microbes de son environnement restent à découvrir. Plusieurs études antérieures ont utilisé des souches bactériennes isolées dans certains environnements pédologiques, des habitats naturels de C. elegans ou des expériences de mésocosme (c.-à-d. des environnements de laboratoire qui recréent des habitats naturels) avec des souches de laboratoire 4,5,20 de C. elegans. Même si ces études ont permis d’obtenir de nouvelles connaissances sur l’influence des microbes sur des caractéristiques spécifiques des nématodes (p. ex. métabolisme des nématodes21), la pertinence de ces interactions pour la biologie de C. elegans dans la nature n’est pas claire. Par conséquent, ce manuscrit décrit les méthodes permettant d’isoler directement C. elegans de la nature et d’isoler et de caractériser par la suite les microbes naturellement associés à la fois des vers uniques et des groupes de vers. Les méthodes décrites sont une version mise à jour et améliorée des procédures utilisées précédemment pour l’isolement et la caractérisation de C. elegans naturel et de son microbiote natif 2,6,7. Étant donné que C. elegans est largement présent dans la matière végétale en décomposition à travers le monde (en particulier dans les fruits pourris, les régions tempérées et en automne)1,2,22,23,24,25, ce protocole peut être appliqué par n’importe quel laboratoire chaque fois qu’il y a un intérêt à relier C. elegans des microbes naturellement associés et donc un contexte plus naturellement pertinent. Ce dernier est essentiel pour une compréhension complète de la biologie du nématode, car il est connu par une diversité d’autres systèmes hôtes que le microbiote associé peut affecter diverses caractéristiques du cycle biologique26, un aspect qui est actuellement largement négligé dans la multitude d’études de C. elegans dans presque toutes les disciplines des sciences de la vie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le nématode Caenorhabditis elegans est l’un des organismes modèles les plus étudiés en recherche biologique. Il a été introduit par Sydney Brenner dans les années 1960, à l’origine pour comprendre le développement et la fonction du système nerveux29. Depuis lors, C. elegans est devenu un modèle puissant pour l’étude des processus fondamentaux dans toutes les disciplines biologiques, y compris la biologie comportementale, la neurobiologie, le vieillissement, la b…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous reconnaissons le soutien financier de la Fondation allemande pour la science (projets A1.1 et A1.2 du Centre de recherche collaborative 1182 sur l’origine et la fonction des métaorganismes). Nous remercions les membres du laboratoire de Schulenburg pour leurs conseils et leur soutien.
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