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Science:新技术揭示霍乱弧菌生物被膜的分子结构及装配模式

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来源:生物谷 2012-07-15 13:31

近日,来自加州大学伯克利分校的研究者运用了一种新的成像技术或可揭示抵御许多细菌性疾病的治疗方法,如霍乱弧菌、囊性纤维化病人以及慢性窦炎。通过设计一种荧光标记技术和超分辨率光显技术,研究者就可以清楚的检查并呈现细菌生物被膜的结构,研究者也识别出了新的药物遗传靶点。相关研究成果刊登在了7月13日的国际杂志Science上。

近日,来自加州大学伯克利分校的研究者运用了一种新的成像技术或可揭示抵御许多细菌性疾病的治疗方法,如霍乱弧菌、囊性纤维化病人以及慢性窦炎。通过设计一种荧光标记技术和超分辨率光显技术,研究者就可以清楚的检查并呈现细菌生物被膜的结构,研究者也识别出了新的药物遗传靶点。相关研究成果刊登在了7月13日的国际杂志Science上。

研究者Berk表示,在细菌的天然栖息地中,99.9%的细菌都是群体居住,并且以生物被膜吸附于表面上进行生长,据国立卫生研究院数据,80%的人类细菌感染都和生物被膜密切相关。

研究者使用这项技术可以将生物被膜(biofilm)的图像信息放大,进而研究者们就可以清楚了解细菌如何从单一的细胞积聚起来形成比较大的群体,并且产生生物被膜。这样一来研究者们就可以通过破坏生物被膜来破坏细菌的结构,进而治疗细菌性感染。

目前科学家们认为细菌花费了大部分的生命去繁殖以及产生生物被膜,甚至在人类机体中同样如此,当单一的细菌对抗生素变得敏感时,生物被膜就会变得对抗生素有很强的耐药性。细菌的生物被膜可以长时间的存在,并不容易被清除,文章中,研究者研究了霍乱弧菌的生物被膜,研究者改进了2007年庄小微教授发明的超分辨率显微镜技术,为了更清楚地观察细菌的生物被膜细胞的分裂,Berk使用连续的免疫染色法进行研究。

研究者指出,新型的超分辨率光学显微镜可以清楚揭示未知的生物被膜结构,其分辨率是标准的光学显微镜的10倍,通过光电可变换探针来使图像醒目,并且可以将众多图像分解成单一的快照图像,这个过程就好比是光学绘画涂抹,当前的问题是如何用荧光染料来标记细胞进而监控其生长和分裂,一般情况下,生物学家是将原始抗体吸附至细胞上,然后用荧光染料对细胞进行冲洗,然后进行二次抗体吸附,最后洗去过量的染液,用光照染色的细胞并且用荧光照相。

研究者Berk表示,经典的方法首先是染色,然后脱色,然后进行快照。然而他们使用的方法是进行染色,然后在照相的时候保持所有荧光探测剂在在溶解物中,因此这样就能连续监控每一件事情,包括从单一细胞开始到最终产生成熟的生物被膜,就好比是播放一部完整的电影一样。

这篇文章的合作作者有Steven Chu,Jan Liphardt,Xiaowei Zhuang等。(生物谷Bioon.com)

编译自:Attacking Biofilms That Cause Chronic Infections

Molecular Architecture and Assembly Principles of Vibrio cholerae Biofilms

Veysel Berk1,2,*, Jiunn C. N. Fong3, Graham T. Dempsey4, Omer N. Develioglu6, Xiaowei Zhuang4,5, Jan Liphardt1,2,7, Fitnat H. Yildiz3,*, Steven Chu8,*,†

In their natural environment, microbes organize into communities held together by an extracellular matrix composed of polysaccharides and proteins. We developed an in vivo labeling strategy to allow the extracellular matrix of developing biofilms to be visualized with conventional and superresolution light microscopy. Vibrio cholerae biofilms displayed three distinct levels of spatial organization: cells, clusters of cells, and collections of clusters. Multiresolution imaging of living V. cholerae biofilms revealed the complementary architectural roles of the four essential matrix constituents: RbmA provided cell-cell adhesion; Bap1 allowed the developing biofilm to adhere to surfaces; and heterogeneous mixtures of Vibrio polysaccharide, RbmC, and Bap1 formed dynamic, flexible, and ordered envelopes that encased the cell clusters.

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