NanoWizard bioAFM מתאים באופן מושלם על ידי מכשירים JPK לחקר מיקרואורגניזמים

:: AZoNanotechnology סעיף

נושאים מקורה

הקדמה
ננוטכנולוגיה למיקרוביולוגיה
שמרים
בקטריה
וירוסים
מסקנות
תודות

הקדמה

המונח "מיקרוביולוגיה" בדרך כלל מתאר את המחקר של אותם אורגניזמים בלתי נראה לעין האנושית, שמרים, חיידקים ווירוסים בפרט. עם זאת, אלה שלושה סוגים של אורגניזמים שונים מהותית אחד מהשני. שמרים וחיידקים הם תאים מסוגים שונים (אוקריוטים פרוקריוטים ו בהתאמה), ואילו וירוס הוא בהחלט לא אורגניזם חי, להיות טפיל תאיים לחייב. הכלים לערוך מחקר במיקרוביולוגיה ניתן להפריד לשתי מיקרוסקופיה-תחומים עיקריים, אשר נדרש עבור להדמיה, ביולוגיה מולקולרית, אשר שימש לאפיין (במקרים מסוימים, באופן מקיף) את גנטיים proteomic לפצות של אורגניזמים אלה.

ננוטכנולוגיה למיקרוביולוגיה

השלבים הראשונים בפתיחת בתחום המיקרוביולוגיה הגיע עם כניסתו של מיקרוסקופים הראשון. חיידקים היו הראשונים דמיינו ידי אנטוני ואן לוונהוק, תוך שימוש פשוט, העצמי נבנה מיקרוסקופ, סביב 1676. מיקרוסקופים נבנה על ידי לוונהוק לא היו מיקרוסקופים המתחם, במקום להסתמך על עדשת יחיד, יותר כמו זכוכית מגדלת רבת עוצמה. אחד התיאורים הראשונים של חיידקים (המכונה animalcules) היה ממדגמים מגורד משיני ואן ליוונהוק עצמו.

בעוד שמרים שימשו התסיסה על לחם שאור כ 5000 שנים, זה היה בשנת 1860 כי לואי פסטר הראשון שתיאר את השמרים, cerevisiae Saccharomyces כמו effecter של תהליכים אלה. לואי פסטר תרם תרומות משמעותיות רבות בתחום המיקרוביולוגיה לאורך השנים, מן התיאור של cerevisiae ס, ניסויים אלגנטי שלו להפריך את התיאוריה של הדור ספונטנית תפקיד בסיסי שלו בתיאוריה נבט של המחלה ופיתוח החיסון מוקדם. למעשה, אחת ההצלחות של פסטר בתחום של פיתוח החיסון, כדי לרכך את נגיף הכלבת באמצעות חימום להזרקה כמו חיסון, למרות שאינו מסוגל לדמיין את עצמו הווירוס ברקמות המושפע.

התקדמויות שנעשו במיקרוסקופ אור על העבודה המשולבת של ארנסט אבה ו - Carl Zeiss בשנת 1880 עוד הרחיב את המחקר של העולם מיקרוביולוגית. עם זאת, כפי שתואר אבה עצמו, יש גבול עד רזולוציה של מיקרוסקופ אור, תלוי באורך הגל של האור להאיר את מספרי הצמצם של העדשה. במציאות, הרזולוציה של מיקרוסקופ אור מוגבל הגל וחצי של אור, או סביב 250 ננומטר. ככזה, המחקר של מבנה של וירוסים צריכים לחכות כניסתו של מיקרוסקופ אלקטרונים בשנת 1931 על ידי ארנסט רוסקה ואת התגבשות הבאים של הנגיף טבק פסיפס בשנת 1935 על ידי ונדל סטנלי.

לאחרונה, מיקרוסקופ כוח אטומי פתחה נתיב חדש לחקירה ומניפולציה של מבנים בקנה מידה קטן מאוד. אחד היתרונות לרוב מצוטט של AFM בחקר מבנים ביולוגיים, היא העובדה, שלא כמו מיקרוסקופ אלקטרונים, תמונות ברזולוציה גבוהה ניתן להשיג בתנאים פיזיולוגיים. עם זאת, יש יותר מאשר יכולת AFM רק שלה עבור הדמיה ברזולוציה גבוהה. אופי מכני של AFM כלומר שלוחה, המשמש הדמיה, יכול לשמש גם כדי למדוד את כוחות האינטראקציה, בטווח piconewton.

ככזה, לא רק את תמונת AFM אפשר את פני השטח של מיקרואורגניזמים ברזולוציה גבוהה, בתנאים פיסיולוגיים, זה יכול לשמש גם כדי לחקור את הכוחות מחייב בין מיקרואורגניזמים ומשטחים היעד.

Nanowizard JPK ® BioAFM מתאים בצורה מושלמת ללימודים כאלה. ® Nanowizard מתוכנן לעבוד בו זמנית עם מיקרוסקופ אור, מותקן על מיקרוסקופ אור הפוך, המאפשר ערוצים מרובים של מידע ייאספו על ידי צמצום זמן הניסוי מאפשר למשתמש לזהות את מיקומו של תאים עניין אופטית, לפני סריקה אזור מסוים עם AFM. בעל מדגם שתוכנן במיוחד, BioCell JPK ™ , מאפשר ניסויים בטמפרטורות שבין 15-60 מעלות צלזיוס על coverslips זכוכית דקה, כך את איכות התמונות אופטי לא מופחת. בנוסף, Nanowizard JPK ® תערוכות יציבות מעולה, המאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה של מרכיבי התא, כגון שכבות פני השטח חיידקים (איור 1) וכן הדמיה הפיזיולוגיות של תאים שלמים, מן אל אאוקריוטים פרוקריוטים.

באיור 1. HPI שכבה של Deinococcus radiodurans, סיפקו תמונה באדיבות על ידי ד"ר פטריק Frederix, אוניברסיטת באזל.

שמרים

שמרים ס cerevisae, הידוע גם בשם שמרים ניצני, הוא לא רק שימוש בתהליכים תעשייתיים מלחם כדי שהופך חליטה של ​​בירה, זה גם סוג האורגניזם בחקר התאים האיקריוטים. כפי cerevisiae ס מסוגל הפלואידי או דיפלואידי צמיחה והוא אורגניזם תא בודד עם זמן הכפלה של מספר שעות, היא הוכיחה גם מתאים ללמוד את התפקוד הבסיסי של התאים האיקריוטים.

Cerevisiae שמרים ס היא מוקפת חומה תא מורכבת של חלבונים, סוכרים וכמויות קטנות של כיטין. מיקרוסקופ אלקטרונים הראו כי זה דופן התא הוא מבנה מרובד הנעים עד 300 ננומטר עבה. השכבה הפנימית מקנה חוזק מכני מורכב A1 ,2-glycan ו כיטין. השכבה החיצונית מעורב באירועים הכרה בין תאים, והוא מורכב ברובו mannoproteins glycosylated בכבדות. הנוכחות של תופעות שרשראות הפחמימות על mannoproteins אלה הופכים את דופן התא הידרופילי והתוצאה המטענים השליליים מרובים ב-pH הפיזיולוגי. כאשר צילמו עם AFM, את פני השטח של התא מופיע חלקה מאוד, הוא מעוות בקלות, דבר המחייב סריקה זהירה לעבר כוח מינימלי (איור 2). התכונה היחידה פני צלקת נראית לעין הוא ניצן בקצה השני של התא האם לתא הבת להרכיב מחדש. פני השטח נראה חלקה כמו הסוכרים לטשטש את הממברנה.

באיור 2. הדמיה של cerevisiae ס. בתאי שמרים אותרו באמצעות מיקרוסקופיה DIC (א) ו צילמו אז בנוזל עם AFM (ב) במצב ליצירת קשר. ב (ג) דימוי שנוצר 3D מערוץ גובה מוצג, המדגיש את צלקת ניצן על התא אמא (חץ צהוב).

אחת התכונות הייחודיות של AFM נובעת אופי מכני של המיקרוסקופ עצמו. שלוחה גמישה יכולה להיות מכויל ו לאחר מכן נעשה שימוש כדי לחשב את כוחות האינטראקציה. אז זה יכול לשמש כדי לקבוע הן את עוצמת האינטראקציה בין מדגם לבין שלוחה, ומשך אליו אלמנטים משטח ימתח לפני הקישור שלוחה מקרע.

הנה, הבאנו שלוחה במגע עם מספר רב של נקודות על פני השטח של אמא ושל תא הבת. לפחות 10 כוח למרחקים עקומות התקבלו בנקודות מרובות עבור כל תא.

מתוך כוח למרחקים עקומות, נתונים שונים ניתן לחלץ. באיור 3, רק אחד העיקולים להרחיב (כמו שלוחה גישות משטח ומעוות) כבר להתוות אדום. עקומות אחרות מתאימות כדי לשחזר את כל, או הכחשה של שלוחה מהמשטח. בשלב זה הכחשה, אם יש אלמנט השטח חייב שלוחה, שלוחה יהיה להסיט כלפי מטה כמו piezo מעביר את השבב מחזיקה שלוחה מהמשטח. כמו שלוחה מסיט מטה הכוח ליישם אלמנט השטח המצורף שלוחה יגדל. לעבר הכוח בו את הקשר בין biomolecule לבין שלוחה שבור, שלוחה יהיה הצמד בחזרה למיקום הלא מוסח שלה.