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探索神秘的微生物群落

作者:宋檢 時(shí)間:2022-11-23 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

微生物雖然看不見(jiàn),但卻是無(wú)處不在的。人體的腸道和皮膚、地球的海洋和土壤,甚至植物的葉片和種子,都有它們的身影。在大多數(shù)情況下,這些微生物群落是由許多不同的物種組成的。研究人員試圖鑒定這些微生物群落的組成,但相當(dāng)有難度。Sarah Webb在這一期的《BioTechniques》上介紹了目前的進(jìn)展。

如今,新一代測(cè)序(NGS)、質(zhì)譜(MS)和顯微鏡等技術(shù)正幫助多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)家慢慢了解各種微生物群落的基本組成和行為。大部分的工作集中在結(jié)構(gòu)與功能的基本關(guān)系,比如控制生物膜行為的那些。

生物膜(Biofilm)是通過(guò)附著而固定在特定載體上的微生物群落。在這些群落中,細(xì)菌扮演著不同的角色,因?yàn)樗鼈兘?jīng)歷了不同的化學(xué)和物理環(huán)境。賓漢姆頓大學(xué)的Karin Sauer正應(yīng)用各種分子遺傳學(xué)技術(shù)來(lái)研究生物膜的形成,并利用蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)來(lái)尋找一些基因,比如耐受抗生素的基因。

化學(xué)成分

哥倫比亞大學(xué)的微生物學(xué)家Lars Dietrich表示:“我們知道生物膜釋放了許多代謝產(chǎn)物,一些是信號(hào)分子,一些是營(yíng)養(yǎng)成分。不過(guò),它們?cè)谏锬ぶ芯烤谷绾畏植??這很難觀察?!睘榱肆私馍锬ぶ械幕瘜W(xué)信號(hào),人們需要精確定位和分析化學(xué)物質(zhì)的空間分布。

一些研究人員使用質(zhì)譜來(lái)確定生物膜內(nèi)的化學(xué)圖像。加州大學(xué)圣地亞哥分校的Pieter Dorrestein就是在微生物系統(tǒng)中使用成像質(zhì)譜(IMS)的先驅(qū)之一。在IMS中,研究人員對(duì)生物膜表面進(jìn)行光柵成像,收集化學(xué)數(shù)據(jù),并組裝成二維圖像。Dorrestein利用這種技術(shù)來(lái)研究微生物之間的相互作用。

盡管IMS技術(shù)很強(qiáng)大,也相對(duì)通用,但它也有一些缺點(diǎn)。這種方法需要樣品制備,也是一種破壞性的技術(shù),因此,即使IMS能夠給出生物膜的詳細(xì)快照,但它不能用于長(zhǎng)期的追蹤。基于這個(gè)理由,研究人員還在開(kāi)發(fā)其他的工具。

氧化還原電位

哥倫比亞大學(xué)的生物學(xué)家和工程師已經(jīng)開(kāi)發(fā)出另一種工具:電化學(xué)芯片。微生物學(xué)家Lars Dietrich在研究銅綠假單胞菌,他對(duì)化學(xué)和細(xì)胞形態(tài)學(xué)之間的關(guān)聯(lián)特別感興趣。之前的研究表明,吩嗪這種氧化還原小分子可作為分子通氣管,促進(jìn)氧氣在生物膜中的運(yùn)動(dòng)。盡管IMS能夠提供一些信息,但Dietrich希望確定吩嗪是處于氧化狀態(tài)還是還原狀態(tài)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題,Dietrich與工程師Ken Shepard聯(lián)手。他們開(kāi)發(fā)出一種芯片,可測(cè)定表面的氧化還原電位。這種64 mm2的芯片上由1800個(gè)電*,每3分鐘可測(cè)量一次。在*近一篇發(fā)表于PNAS的文章中,他們利用此芯片來(lái)追蹤氧化還原吩嗪的運(yùn)輸。

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