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蔡司顯微鏡如何看生物膜發(fā)布日期：2021-07-02 13:26:20
早在32億年前，地球上就出現(xiàn)了微生物。近年來，這一與人類健康密切相關(guān)的研究領(lǐng)域越來越活躍。隨著熒光標(biāo)記技術(shù)和成像技術(shù)的進(jìn)步，肉眼難以觀察到的微生物逐漸被了解：例如，微生物的生物膜、菌落形態(tài)和組成、微生物的感染過程，甚至那些分辨率更高的微生物要求。微生物亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)定位。
通常情況下，從熒光成像設(shè)備的分辨率來看，寬視場熒光顯微鏡→激光共聚焦顯微鏡→超高分辨率熒光成像設(shè)備的分辨率依次提高，比動物細(xì)胞面部小10倍以上的微生物。我們?nèi)绾螢槲⑸镞x擇合適的成像設(shè)備？通過以下三個(gè)案例，我們來看看微生物在不同設(shè)備下的真實(shí)面目。
PNAS/微米尺度下的人類口腔微生物地理形態(tài)
微生物的復(fù)雜空間群落對于理解群落中不同群體之間的相互作用至關(guān)重要。本文引入生物地理學(xué)的概念，在微米尺度上研究微生物的分布與環(huán)境之間的關(guān)系。
借助DNA測序提供的不同群體豐富的基因組序列信息，研究人員利用熒光原位雜交技術(shù)同時(shí)標(biāo)記了9組微生物，并通過激光共聚焦顯微鏡光譜成像，發(fā)現(xiàn)人類牙菌斑是多屬的。共聚焦多層采集重建的3D結(jié)果表明，復(fù)合體的大小從幾十微米到幾百微米不等，由9個(gè)放射狀排列的單元組成，周圍環(huán)繞著絲狀和棒狀細(xì)菌。
并且該聯(lián)合體呈現(xiàn)出單個(gè)類群空間排布的差異性：比如厭氧類群傾向于內(nèi)部定位，而兼性或?qū)Ｐ孕柩躅惾簝A向于排列在聯(lián)合體外部;代謝產(chǎn)物乳酸的生產(chǎn)者和消費(fèi)者往往彼此靠近等。
豐富的結(jié)構(gòu)差異影響微生物的生理生態(tài)特性，為理解微生物的組織、代謝和系統(tǒng)生物學(xué)提供了重要的空間模型和組織框架。
亮點(diǎn)：在可見光范圍內(nèi)選擇的多色熒光染料分別標(biāo)記不同的細(xì)菌。本文選取了 9 種易發(fā)生串色的熒光標(biāo)簽。利用蔡司激光共聚焦顯微鏡的光譜特性和光譜分裂（點(diǎn)擊查看），可以準(zhǔn)確區(qū)分9種標(biāo)記，避免串色。
同時(shí)，利用共聚焦良好的光切效果，進(jìn)行多層掃描獲得xyz三維立體數(shù)據(jù)，重構(gòu)菌落立體結(jié)構(gòu)。
▲左圖：牙菌斑中的“菜花”結(jié)構(gòu)主要由樟腦菌、鏈球菌、嗜血桿菌/聚集菌和血管菌組成，其中散布有Prevobacteria、Rossia 菌和Capphagous 菌。右圖：牙菌斑中復(fù)雜的“玉米芯”結(jié)構(gòu)。設(shè)備：LSM 780
▲圖示：通過光學(xué)多色成像數(shù)據(jù)構(gòu)建牙菌斑刺猬狀菌落模型。鏈球菌和放線菌的生物膜與棒狀菌絲結(jié)合，在菌絲末端被球菌（鏈球菌、卟啉單胞菌等）包裹，形成玉米穗狀結(jié)構(gòu)，成簇的奈瑟菌環(huán)繞菌落。外部。外面的細(xì)菌創(chuàng)造了一個(gè)富含二氧化碳和低氧的環(huán)境，厭氧細(xì)菌在里面生長。