新闻中心

蔡司显微镜如何看生物膜

发布日期：2021-07-02 13:26:20

 　早在32亿年前，地球上就出现了微生物。近年来，这一与人类健康密切相关的研究领域越来越活跃。随着荧光标记技术和成像技术的进步，肉眼难以观察到的微生物逐渐被了解：例如，微生物的生物膜、菌落形态和组成、微生物的感染过程，甚至那些分辨率更高的微生物要求。微生物亚细胞结构定位。

　通常情况下，从荧光成像设备的分辨率来看，宽视场荧光显微镜→激光共聚焦显微镜→超高分辨率荧光成像设备的分辨率依次提高，比动物细胞面部小10倍以上的微生物。我们如何为微生物选择合适的成像设备？通过以下三个案例，我们来看看微生物在不同设备下的真实面目。

　　PNAS/微米尺度下的人类口腔微生物地理形态

　　

 

　微生物的复杂空间群落对于理解群落中不同群体之间的相互作用至关重要。本文引入生物地理学的概念，在微米尺度上研究微生物的分布与环境之间的关系。

　借助DNA测序提供的不同群体丰富的基因组序列信息，研究人员利用荧光原位杂交技术同时标记了9组微生物，并通过激光共聚焦显微镜光谱成像，发现人类牙菌斑是多属的。共聚焦多层采集重建的3D结果表明，复合体的大小从几十微米到几百微米不等，由9个放射状排列的单元组成，周围环绕着丝状和棒状细菌。

　　并且该联合体呈现出单个类群空间排布的差异性：比如厌氧类群倾向于内部定位，而兼性或专性需氧类群倾向于排列在联合体外部;代谢产物乳酸的生产者和消费者往往彼此靠近等。

　　丰富的结构差异影响微生物的生理生态特性，为理解微生物的组织、代谢和系统生物学提供了重要的空间模型和组织框架。

　　亮点：在可见光范围内选择的多色荧光染料分别标记不同的细菌。本文选取了 9 种易发生串色的荧光标签。利用蔡司激光共聚焦显微镜的光谱特性和光谱分裂（点击查看），可以准确区分9种标记，避免串色。

　　同时，利用共聚焦良好的光切效果，进行多层扫描获得xyz三维立体数据，重构菌落立体结构。

　　

 

　　▲左图：牙菌斑中的“菜花”结构主要由樟脑菌、链球菌、嗜血杆菌/聚集菌和血管菌组成，其中散布有Prevobacteria、Rossia 菌和Capphagous 菌。右图：牙菌斑中复杂的“玉米芯”结构。设备：LSM 780

　　

 

　　▲图示：通过光学多色成像数据构建牙菌斑刺猬状菌落模型。链球菌和放线菌的生物膜与棒状菌丝结合，在菌丝末端被球菌（链球菌、卟啉单胞菌等）包裹，形成玉米穗状结构，成簇的奈瑟菌环绕菌落。外部。外面的细菌创造了一个富含二氧化碳和低氧的环境，厌氧细菌在里面生长。