NanoWizard bioAFM Sempurna Cocok untuk Mempelajari Mikroorganisme oleh Instrumen JPK

:: AZoNanotechnology Pasal

Topik Covered

Pengantar
Nanoteknologi untuk Mikrobiologi
Ragi
Bakteri
Virus
Kesimpulan
Ucapan Terima Kasih

Pengantar

Istilah "mikrobiologi" umumnya menggambarkan studi organisme terlihat oleh mata manusia, khususnya dalam ragi, bakteri dan virus. Namun, ketiga jenis organisme secara signifikan berbeda satu sama lain. Ragi dan bakteri adalah jenis sel yang berbeda (eukariotik dan prokariotik masing-masing), sedangkan virus tidak sepenuhnya organisme hidup, menjadi parasit intraseluler obligat. Alat untuk melakukan penelitian dalam mikrobiologi dapat dipisahkan menjadi dua bidang utama mikroskop-, yang diperlukan untuk visualisasi, dan biologi molekuler, yang telah digunakan untuk mengkarakterisasi (dalam beberapa kasus komprehensif) yang genetik dan proteomika membuat organisme ini.

Nanoteknologi untuk Mikrobiologi

Langkah-langkah awal dalam membuka bidang mikrobiologi datang dengan munculnya mikroskop pertama. Bakteri pertama kali divisualisasikan oleh Antony van Leeuwenhoek, menggunakan sederhana, diri dibangun mikroskop, sekitar 1676. Mikroskop dibangun oleh Leeuwenhoek tidak mikroskop majemuk, mengandalkan hanya pada lensa tunggal, lebih seperti kaca pembesar yang sangat kuat. Salah satu deskripsi pertama bakteri (disebut sebagai animalcules) adalah dari sampel dikorek dari gigi van Leeuwenhoek dirinya.

Sementara ragi telah digunakan dalam fermentasi ragi dan roti selama sekitar 5000 tahun, itu pada 1860 yang Louis Pasteur pertama kali dijelaskan ragi, Saccharomyces cerevisiae sebagai effecter dari proses-proses. Louis Pasteur membuat kontribusi yang signifikan untuk bidang mikrobiologi selama bertahun-tahun, dari deskripsi S. cerevisiae, dengan percobaan elegan untuk menyangkal teori generasi spontan dan peran mendasar dalam teori kuman penyakit dan pengembangan vaksin awal. Bahkan, salah satu keberhasilan Pasteur di bidang pengembangan vaksin adalah untuk melemahkan virus rabies melalui pemanasan untuk injeksi sebagai vaksin, meskipun tidak mampu memvisualisasikan virus itu sendiri dalam jaringan yang terkena.

Kemajuan yang dibuat dalam mikroskop cahaya dengan pekerjaan gabungan dari Ernst Abbe dan Carl Zeiss di tahun 1880-an diperpanjang penelitian dunia mikrobiologi. Namun, seperti Abbe sendiri menjelaskan, ada batasan untuk resolusi mikroskop cahaya, tergantung pada panjang gelombang cahaya menerangi dan aperture numerik dari lensa. Pada kenyataannya, resolusi mikroskop cahaya terbatas pada setengah panjang gelombang cahaya, atau sekitar 250 nm. Dengan demikian, studi tentang struktur virus harus menunggu munculnya mikroskop elektron pada tahun 1931 oleh Ernst Ruska dan kristalisasi berikutnya dari virus mosaik tembakau pada tahun 1935 oleh Stanley Wendall.

Baru-baru ini, mikroskop kekuatan atom telah membuka jalan baru untuk penyelidikan dan manipulasi struktur pada skala yang sangat kecil. Salah satu keuntungan yang paling sering dikutip dari AFM dalam studi struktur biologis adalah kenyataan bahwa, tidak seperti mikroskop elektron, gambar resolusi tinggi dapat diperoleh dalam kondisi fisiologis. Namun, ada lebih dari sekedar AFM kapasitasnya untuk pencitraan resolusi tinggi. Sifat mekanik dari AFM berarti bahwa kantilever, digunakan untuk pencitraan, juga dapat digunakan untuk mengukur kekuatan interaksi, dalam kisaran piconewton.

Dengan demikian, tidak hanya dapat gambar AFM permukaan mikroorganisme pada resolusi tinggi, dalam kondisi fisiologis, hal itu juga dapat digunakan untuk menyelidiki kekuatan mengikat antara mikroorganisme dan permukaan target.

Para JPK NanoWizard ® BioAFM sangat cocok untuk studi tersebut. Para ® NanoWizard dirancang untuk bekerja secara simultan dengan mikroskop cahaya, dan diinstal pada mikroskop cahaya terbalik, memungkinkan beberapa saluran informasi yang akan dikumpulkan dan mengurangi waktu eksperimental dengan memungkinkan pengguna untuk mengidentifikasi lokasi sel kepentingan optik, sebelum memindai khususnya wilayah dengan AFM. Pemegang sampel dirancang khusus, JPK Biocell ™ , memfasilitasi percobaan pada suhu antara 15-60 ° C pada coverslips kaca tipis, sehingga kualitas gambar optik dalam tidak berkurang. Selain itu, JPK NanoWizard ® pameran stabilitas superior, yang memungkinkan pencitraan resolusi tinggi dari komponen sel, seperti bakteri lapisan permukaan (Gambar 1) serta pencitraan fisiologis sel utuh, dari prokariota ke eukariota.

Gambar 1. HPI layer dari Deinococcus radiodurans, gambar baik yang disediakan oleh Dr Patrick Frederix, Universitas Basel.

Ragi

Ragi S. cerevisae, dikenal juga sebagai ragi pemula, tidak hanya digunakan dalam proses industri dari pembuatan roti ke peragian bir, juga merupakan tipe organisme dalam studi sel eukariotik. Seperti S. cerevisiae mampu haploid atau diploid pertumbuhan dan merupakan organisme sel tunggal dengan waktu dua kali lipat dari beberapa jam, telah terbukti cocok untuk mempelajari fungsi dasar sel eukariotik.

S. cerevisiae ragi dikelilingi oleh dinding sel terdiri dari protein, polisakarida dan sejumlah kecil dari kitin. Mikroskop elektron telah menunjukkan bahwa dinding sel adalah struktur berlapis berkisar sampai 300 nm tebal. Lapisan dalam meminjamkan kekuatan mekanik dan terdiri dari A1 ,2-glycan dan kitin. Lapisan luar yang terlibat dalam peristiwa pengakuan antara sel-sel, dan sebagian besar terdiri dari mannoproteins berat glikosilasi. Kehadiran dari sisi-rantai karbohidrat pada mannoproteins ini membuat dinding sel hidrofilik dan mengakibatkan biaya negatif pada pH fisiologis. Saat dicitrakan dengan AFM, permukaan sel muncul sangat halus, dan mudah cacat, memerlukan pemindaian hati-hati di kekuatan minimal (Gambar 2). Fitur permukaan saja yang tampak adalah bekas luka kuncup di ujung sel ibu ke sel anak baru terbentuk. Permukaan tampak halus sebagai gula jelas membran.

Gambar 2. S. cerevisiae pencitraan. Sel-sel ragi yang terletak menggunakan mikroskop DIC (A) dan kemudian dicitrakan dalam modus kontak dalam cairan dengan AFM (B). Dalam (C) gambar 3D yang dihasilkan dari saluran ketinggian ditampilkan, menyoroti bekas luka kuncup pada sel ibu (panah kuning.)

Salah satu fitur unik dari AFM berasal dari sifat mekanik dari mikroskop itu sendiri. Kantilever fleksibel dapat dikalibrasi dan kemudian digunakan untuk menghitung kekuatan interaksi. Hal ini kemudian dapat digunakan untuk menentukan baik kekuatan interaksi antara sampel dan kantilever, dan panjang elemen permukaan yang akan meregangkan sebelum link ke kantilever yang pecah.

Di sini, kami telah membawa kantilever ke dalam kontak dengan sejumlah titik pada permukaan kedua ibu dan sel anak. Setidaknya 10 kekuatan-jarak kurva diperoleh pada beberapa poin untuk setiap sel.

Dari kekuatan-jarak kurva, berbagai data dapat diekstraksi. Pada Gambar 3, hanya satu dari kurva memperpanjang (sebagai kantilever pendekatan permukaan dan deformasi) telah diplot dalam merah. Kurva lain semua sesuai dengan menelusuri kembali, atau pencabutan kantilever jauh dari permukaan. Selama fase retraksi, jika elemen permukaan telah terikat kantilever, kantilever akan membelokkan bawah sebagai piezo bergerak chip memegang kantilever jauh dari permukaan. Sebagai kantilever mengalihkan bawah kekuatan diterapkan pada elemen permukaan melekat pada kantilever akan meningkat. Pada kekuatan di mana ikatan antara biomolecule dan kantilever rusak, kantilever akan snap kembali ke posisi non-dibelokkan.