August 10th, 2011
يمكن أن يجمد تعيش البكتيريا سالبة الجرام والجرام إيجابية على الجيلاتين المغلفة الميكا وتصويرها في السائل باستخدام الميكروسكوب القوة الذرية (AFM).
الفحص المجهري للقوة الذرية أو FM الفحص الميكانيكي للسطح لإنشاء صور عالية الدقة دون الحاجة إلى معالجة العينة كيميائيا. في هذا الفيديو ، يتم تثبيت البكتيريا على الميكا المطلية بالجيلاتين ويتم تصويرها في بيئة سائلة بواسطة FM. يتم قطع مربعات MICA الأولى لتناسب منصة مجهر FM. تتم إزالة الطبقة العليا من MICA ويتم طلاء مربعات الميكا بالجيلاتين.
بعد ذلك ، يتم وضع قطرة من المعلق البكتيري على الميكا المطلية بالجيلاتين وتنتشر. باستخدام طرف الماصة ، يتم تحضين العينات لمدة 10 دقائق. ثم يتم غسل البكتيريا غير المرتبطة من السطح.
يتم وضع العينة في الخلية الرطبة A FM ويتم تصويرها للحصول على صور عالية الدقة للبكتيريا الحية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل تعبئة المرشح المسامي ISO ، هي أنه يمكن تثبيت كل من البكتيريا على شكل قضيب والبكتيريا الكروية بشكل موثوق. أيضا ، يمكن الوصول إلى نسبة أكبر من سطح الخلية بواسطة مسبار FM.
تتمثل الميزة الرئيسية للفحص المجهري للقوة الذرية على الفحص المجهري الآخر في أنه يمكن إجراء دراسات خلية واحدة في مورفولوجيا الخلية وتكوين الحاجز والحركية الخلوية. سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة لأنهم يميلون إلى استخدام الجيلاتين الذي لم يثبت أنه يشل حركة البكتيريا أو البكتيريا المستخدمة المزروعة في وسط معقد حيث تتنافس المكونات مع التصاق البكتيريا بسطح الجيلاتين. خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة من التجارب في السبعينيات حيث تم تجميد البكتيريا.
شرائح زجاجية مطلية بالجيلاتين للتجارب باستخدام الفحص المجهري الضوئي والتصوير الشعاعي التلقائي. في هذا العرض التوضيحي ، يتم تثبيت البكتيريا الحية سالبة الجرام لتصوير FM ، ولكن الطريقة قابلة للتطبيق أيضا على البكتيريا موجبة الجرام. لتحضير MICA ، ابدأ بقصه بالمقص ليناسب مرحلة المجهر A FM واستيعاب الخلية الرطبة A FM.
بعد ذلك ، ضع الشريط اللاصق على سطح MICA وقم بإزالته لتقشير الطبقة الخارجية من MICA من القطعة المقطوعة. استمر في إزالة الطبقة الخارجية من كلا الجانبين حتى تبقى طبقات ناعمة غير مكسورة فقط. لتحضير محلول الجيلاتين ، أضف 100 مل من الماء المقطر إلى زجاجة المختبر وقم بتسخينه في الميكروويف.
عندما يبدأ الماء في الغليان ، أخرجه من الميكروويف ، أضف 0.5 جرام من الجيلاتين وانتفخ الزجاجة برفق حتى يذوب الجيلاتين. لاحظ أن الجيلاتين البقري لا يعمل بشكل جيد مع هذا الإجراء. يوصى باستخدام جيلاتين الخنازير.
ضع الزجاجة على سطح المقعد واتركها تبرد إلى 60 إلى 70 درجة مئوية. ثم صب كمية كافية من محلول الجيلاتين في دورق صغير للتأكد من إمكانية غمر MICA بالكامل باستخدام الملقط. اغمر مربع MICA في محلول الجيلاتين الدافئ واسحبه بسرعة. فورا.
ضع MICA على حافتها على منشفة ورقية متكئة على رف طرد مركزي صغير حتى يجف في الهواء المحيط طوال الليل. يمكن استخدام MICA المطلي بالجيلاتين لمدة أسبوعين على الأقل. إذا لم يتم استخدام MICA المطلي بالجيلاتين لبضعة أسابيع.
ضعه على ورق ترشيح في طبق بتري مغطى وقم بتخزينه في درجة حرارة الغرفة. يمكن حفظ محلول الجيلاتين الزائد في الثلاجة واستخدامه لمدة شهر تقريبا عن طريق إعادة تسخين محلول المرق إلى ما بين 60 و 70 درجة. يجب توخي الحذر من درجة مئوية لضمان عدم غليان الجيلاتين أثناء إعادة التسخين.
قبل تركيب البكتيريا على MICA المطلي بالجيلاتين ، تأكد من أن تركيز البكتيريا كاف. استخدم مقياس الطيف الضوئي للحصول على قراءة الكثافة الضوئية للعينة البكتيرية عند 600 نانومتر. OD من 0.5 إلى واحد هو الأمثل.
بعد ذلك ، قم بنقل مليلتر واحد من المزرعة إلى أنبوب طرد مركزي صغير وقم بطرده المركزي لحبيبه بعد الطرد المركزي. استخدم ماصة لإزالة المادة الطافية ، ثم اغسل الحبيبات في مليلتر واحد من الماء منزوع الأيونات المصفى أو المخزن المؤقت. سحب العينة برفق لأعلى ولأسفل إلى إعادة النسخ.
قم بتعليق جهاز الطرد المركزي للحبيبات وأعد تعليق الحبيبات على الفور. في 500 ميكرولتر من الماء النانوي النقي منزوع الأيونات ، يجب أن يكون المعلق البكتيري عشبيا بشكل واضح من أجل الحصول على تركيز كاف من الخلايا. لتصوير FM.
إذا كانت الصدمة التناضحية مصدر قلق ، فيمكن إضافة 0.25 سكروز مولار إلى محلول التصوير. لقد أعدت تعليق هذه البكتيريا في الماء ، لكن لا تخف من تجربة السوائل الأخرى. على سبيل المثال ، لقد فعلنا ذلك باستخدام 0.25٪ سكروز ، لذا جرب سوائل أخرى ومعرفة ما إذا كان ذلك سينجح أيضا.
قم بإعداد شريحتين لكل عينة. باستخدام ماصة دقيقة ، أضف 10 إلى 20 ميكرولترا من تعليق الخلية إلى السطح المطلي بالجيلاتين. ثم لإعطاء مساحة تغطية كافية للتصوير FM، استخدم طرف ماصة صغيرة لنشر القطرة في كل من الاتجاهين X وY.
مع الحرص على عدم لمس سطح الجيلاتين جسديا بطرف الماصة ، احتضن العينة لمدة 10 دقائق في درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك ، اشطف بتيار من الماء السائل الزائد من العينة عن طريق لمس حافة العينة بمنشفة ورقية أو ورق ترشيح. جفف إحدى الشرائح بسرعة باستخدام نفاثة من غاز النيتروجين.
ثم افحص الشريحة بصريا. تشير البقعة المعتمة إلى أن البكتيريا لم تتم إزالتها في خطوة الغسيل. لا ينبغي السماح للشريحة الأخرى ، التي ستستخدم الآن للتصوير بالجفاف.
ضعه في المرحلة الرطبة A FM وقم بتثبيته باستخدام المشابك ، باستخدام ماصة صغيرة لإضافة الماء إلى المرحلة الرطبة. من الجيد تحضير مجهر القوة الذرية قبل التصوير في السائل. تأكد من وضع ناتئ التصوير في السائل في A FM واصطفه بالليزر.
استمر في التصوير عن طريق مجهر القوة الذرية باستخدام مجهر بيكو بالإضافة إلى مجهر القوة الذرية ، المجهز برأس مسح ضوئي 100 ميكرون ومجسات نيتريد السيليكون فيكو مع ثوابت زنبركية اسمية تتراوح من 0.01 إلى 0.1 نانو نيوتن لكل نانومتر. بمجرد تحضير المجهر ، أدخل ماسح FM وقم بوضعه في المجهر. عادة ، نبدأ ب 0.5 سطر في الثانية حتى سطر واحد في الثانية كسرعة تصوير لدينا ويتم ضبط الدقة من 1 28 نقطة بيانات لكل سطر إلى 512.
اضبط الأداة لجمع الصور باستخدام 128 إلى 512 بكسل لكل سطر. المسح الضوئي بسرعة مسح من 0.5 إلى سطر واحد في الثانية. ثم إذا لزم الأمر ، اضبط نقطة الضبط والمكاسب على A FM للحصول على الصور المثلى.
أخيرا ، اجمع الصور. تم تركيب بكتيريا الإشريكية القولونية على MICA المطلية بالجيلاتين كما هو موضح في هذا الفيديو ، ثم تم تصويرها في 0.005 مولار PVS. باستخدام هذه الطريقة.
يمكنرؤية الصولجان بوضوح في الصورة التي تم جمعها وأسطح الخلايا ناعمة ، ولا تظهر عليها أي علامات على الجفاف. وبالمقارنة ، فإن الصور الملتقطة لنفس الإشريكية القولونية في الهواء كما هو موضح هنا ، غالبا ما تظهر هياكل لا ترى في السائل. في هذه الحالة ، تظهر الخلايا مظهرا حلقيا بسبب الجفاف ويمكن رؤية الزوائد البكتيرية مثل FIA.
بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحضير عينات بكتيرية لتصوير FM في بيئة سائلة. بمجرد إتقانها ، يمكن تنفيذ هذه التقنية في غضون ساعة واحدة تقريبا إذا كانت الأسطح الدقيقة المطلية بالجيلاتين قد تم إعدادها مسبقا. عند محاولة هذا الإجراء ، من المهم اختيار الجيلاتين الصحيح والحصول على تركيز مناسب من البكتيريا باتباع هذا الإجراء.
يمكن إجراء قياسات أخرى مثل استخدام ناتئ FN كأداة لاستشعار القوة للاحتفاظ بقياسات القوة على الأسطح البكتيرية. أيضا ، يمكن ربط جزيئات مسبار معينة بطرف A FM للتفاعل مع أهداف محددة على سطح البكتيريا لتحديد وقياس قوى التفاعل. عموما لا ننسى إذا كنت تعمل مع البكتيريا المسببة للأمراض, يجب دائما اتخاذ الاحتياطات عند العمل مع هذه الطريقة.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
تظهر هذه الدراسة استخدام مجهر القوة الذرية (AFM) لتثبيت وتصور البكتيريا سالبة الجرام وموجبة الجرام الحية في بيئة سائلة. تتضمن الطريقة طلاء الميكا بالجيلاتين لتسهيل التصاق البكتيريا وتصورها.
Atomic force microscopy enables high-resolution imaging of live bacteria in liquid environments without chemical fixation, preserving native morphology and physiological state. This capability supports early-stage target validation by allowing direct observation of bacterial surface structures, division events, and membrane dynamics under near-native conditions. The gelatin-coated mica immobilization method provides a reproducible, minimally invasive platform for microbiological imaging that reduces sample preparation artifacts and enhances data reliability in discovery workflows.
The method integrates into early discovery workflows by providing a standardized preparation step for live bacterial imaging, supporting hypothesis testing and biological de-risking before lead identification stages.