NanoWizard bioAFM идеально подходит для изучения микроорганизмов на инструменты JPK

:: AZoNanotechnology статьи

Рассматриваемые вопросы

Введение
Нанотехнологии для микробиологии
Дрожжи
Бактерии
Вирусы
Выводы
Благодарности

Введение

Термин "микробиология" в общих чертах описывает изучение этих организмов невидимым для человеческого глаза, в частности, дрожжей, бактерий и вирусов. Однако эти три вида организмов значительно отличаются друг от друга. Дрожжи и бактерии различных типов клеток (эукариот и прокариотических соответственно), в то время как вирус не является строго живой организм, являясь облигатными внутриклеточными паразитами. Инструменты для проведения исследований в области микробиологии могут быть разделены на две основные области микроскопии, которая необходима для визуализации и молекулярной биологии, который был использован для характеристики (в некоторых случаях всесторонне) генетических и протеомных составляющие этих организмов.

Нанотехнологии для микробиологии

Первые шаги в открытии области микробиологии пришел с появлением первых микроскопов. Бактерии были сначала визуализируется Антоний ван Левенгук, используя простой, построенного собственными силами микроскоп, около 1676 года. Микроскопы построен Левенгук не было соединения микроскопы, полагаясь вместо этого на одной линзы, больше похожее на очень мощное увеличительное стекло. Одним из первых его описания бактерий (именуемые animalcules) был из образцов Царапины от зубов ван Левенгук себя.

Хотя дрожжи были использованы в процессе брожения и закваски хлеба около 5000 лет, это было в 1860 году, что Луи Пастер впервые описал дрожжи, Saccharomyces CEREVISIAE как effecter этих процессов. Луи Пастер сделал много значительный вклад в области микробиологии за эти годы, из описания ЗассЬаготусез С., его изящных экспериментов, чтобы опровергнуть теорию самопроизвольного зарождения и его фундаментальную роль в микробной теории болезни и раннее развитие вакцины. На самом деле, одним из успехов Пастера в области разработки вакцины был для ослабления вируса бешенства в результате подогрева для инъекций в качестве вакцины, хотя и не в состоянии представить себе самого вируса в пораженных тканях.

Прогресс, достигнутый в световой микроскопии на совместной работы Эрнста Аббе и Carl Zeiss в 1880 году продлен исследования микробиологического мира. Однако, как аббат сам назвал, есть предел разрешения светового микроскопа, в зависимости от длины волны освещающего света и числовой апертуры линзы. На самом деле, разрешение оптической микроскопии ограничено до половины длины волны света, или около 250 нм. Таким образом, изучение структуры вирусов пришлось ждать появления электронного микроскопа в 1931 году Эрнст Руска и последующей кристаллизацией вируса табачной мозаики в 1935 году Уэндэл Стэнли.

В последнее время атомно-силовой микроскоп открыл новый путь для исследования и манипуляции структур на очень небольших масштабах. Один из наиболее часто цитируемых преимуществ АСМ в изучении биологических структур является то, что, в отличие от электронной микроскопии, изображения с высоким разрешением могут быть получены в физиологических условиях. Тем не менее, это еще не АСМ, чем просто способность ее к высоким разрешением. Механической природы АСМ означает, что консольные, используемый для работы с изображениями, также может быть использован для измерения силы взаимодействия, в диапазоне piconewton.

Таким образом, не только может АСМ-изображения поверхности микроорганизмов с высоким разрешением, в физиологических условиях, он также может быть использован для исследования силы связи между микроорганизмами и целевой поверхности.

JPK Nanowizard ® BioAFM идеально подходит для таких исследований. Nanowizard ® предназначена для работы одновременно с световой микроскопии, и устанавливается на перевернутую световой микроскоп, что позволяет нескольким каналам информации, собираемой и сокращения времени эксперимента, позволяя пользователю определить расположение клеток интерес оптически, перед сканированием конкретном регионе с АСМ. Специально разработанный держатель образца, JPK Biocell ™ , облегчает эксперименты при температуре 15-60 ° С на тонкие покровные стекла, так, что качество оптического изображения в не снижается. Кроме того, JPK Nanowizard ® экспонатов превосходной стабильностью, что позволяет высоким разрешением клеточных компонентов, таких как бактериальные поверхностные слои (рис. 1), а также физиологических изображений целых клеток, от прокариот до эукариот.

Рисунок 1. HPI слоя из Deinococcus radiodurans, изображения любезно предоставлены д-р Патрик Фредерикс, Базельского университета.

Дрожжи

Дрожжей S. cerevisae, известный также как подающий надежды дрожжи, имеет не только использовать в промышленных процессах, от хлеба до приготовления пива, но и тип организма при изучении эукариотических клеток. Как С. CEREVISIAE способна гаплоидных или диплоидных роста и единый организм клетки с удваивалась каждые пару часов, он оказался хорошо подходит для изучения основных функционирования эукариотических клеток.

CEREVISIAE дрожжей S. окружена клеточной стенки состоят из белков, полисахаридов и небольшое количество хитина. Электронная микроскопия показала, что эта клеточная стенка слоистой структуры до 300 нм. Внутренний слой придает механическую прочность и состоит из â1 ,2-гликана и хитина. Наружный слой участвует в признании событий между клетками, и в основном состоит из сильно гликозилированного mannoproteins. Наличие углеводов боковых цепей на этих mannoproteins сделать клеточную стенку гидрофильные и в результате несколько отрицательных зарядов при физиологических рН. Когда полученную с использованием АСМ, поверхности клетки появляется очень гладкая, и легко деформируется, что делает необходимым тщательный сканирования при минимальной силы (рис. 2). Только кажущееся особенность поверхности почки шрам на противоположном конце материнской клетки к вновь образующихся дочерней клетки. Поверхность кажется гладкой, как сахар неясной мембраной.

Рисунок 2. Изображениями ЗассЬаготусез С.. Дрожжевые клетки были найдены с использованием DIC микроскопии (), а затем отображается в контактном режиме в жидкости с АСМ (B). В (С) 3D-изображение, формируемое с высоты канала отображается, подчеркивая бутон шрам на материнской клетки (желтая стрелка).

Одной из уникальных особенностей АСМ происходит от механической природы микроскоп себя. Гибкие консольные может быть откалиброван, а затем используется для расчета силы взаимодействия. Это может быть использован для определения как сила взаимодействия между образцом и консольные, и длина, до которой поверхность элементов будет растягиваться до ссылаются на консольные разрывается.

Здесь мы привели консольные в контакт с числом точек на поверхности и мать, и дочь клетки. По меньшей мере 10 силы расстояния кривые были получены в нескольких точках для каждой ячейки.

С силой расстояния кривые, различные данные могут быть извлечены. На рисунке 3, только один из расширить кривых (как консольные приближается к поверхности и деформируется) была построена в красный цвет. Других кривых все соответствуют повторить или опровержения консольные от поверхности. Во время этой фазы опровержение, если поверхность элемента связаны с консольные, консольно будет отклоняться вниз, как пьезо движется чип проведения консольные от поверхности. Как консольные отклоняется вниз сила, приложенная к поверхности элемента прилагается к консоли будет увеличиваться. В силу, при которой связь между биомолекулы и консольные сломан, консольные повернет вспять тому, что не отклоненном положении.