Biometric analysis of physiologically structured pure bacterial cultures recovering from starvation

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Abstract

Cell volume distribution patterns were used to characterize the status of physiologically heterogeneous monospecific populations of bacteria. Such physiologically structured populations typically consist of subpopulations of cells in different metabolic and regulatory states. During recovery from starvation the differentiation of active (growing, proliferating) and quiescent (nonproliferating) subpopulations becomes detectable. Since cell volume distributions may be distorted by background noise or debris, we developed a method to extrapolate size distributions from a reduced set of reliable data. The extrapolation procedure is based upon a lognormal distribution of cell sizes. By the same approach we were able to differentiate between subpopulations even when their size ranges overlapped. The analyses of size distributions were also used, partly in combination with fluorescence microscopy, to investigate the population dynamics of Pseudomonas fluorescens and Nitrosomonas europaea during recovery from energy deprivation.

Les profils de distribution du volume cellulaire ont servi à caractériser l'état de populations bactériennes monospécifiques physiologiquement hétérogènes. Ces populations structurées sur le plan physiologique sont typiquement composées de sous-populations à différentes étapes métaboliques ou de régulation. Pendant la période au cours de laquelle les cellules se rétablissent d'une période de jeûne, il devient possible de détecter des sous-populations actives (croissance, prolifération) ou dormantes (non-prolifératives). Comme la distribution des volumes cellulaires peut être faussée par le bruit de fond ou les débris, nous avons développé une méthode qui permet d'extrapoler les distributions de volume à partir d'un nombre réduit de résultats fiables. Cette méthode est basée sur une distribution de log normal des tailles des cellules. En utilisant la même approche, il a été possible de distinguer les sous-populations même si leurs tailles se chevauchaient. Les valeurs de distribution de la taille des cellules ont aussi été utilisées, partiellement en association avec la microscopie en fluorescence, pour mesurer la dynamique des populations de Pseudomonas fluorescens et de Nitrosomonas europaea lors d'une récupération d'une perte d'énergie.

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