记录多细胞行为 Myxococcus xanthus 使用延时显微电影技术研究生物膜

摘要

为了研究Myxococcus xanthus的群体运动行为，我们设计了一种可针对不同实验进行调整的时间序列显微摄影方案。该方法采用适用于显微观察的标准培养条件，并通过使用廉价且可重复利用的硅胶垫片，获得可重复的实验结果。我们已利用此方法对多细胞趋化性进行了定量分析。

摘要

δ-变形菌Myxococcus xanthus的群体包含数百万个细胞，这些细胞作为一个整体，通过一系列信号协调运动，以响应环境线索，形成复杂而动态的模式。这些模式是自组织且涌现性的，无法通过观察单个细胞的行为来预测。利用延时显微电影追踪分析法，我们鉴定出M. xanthus中一种独特的涌现性模式，称为趋化性，即群体沿营养物质浓度梯度定向移动至其来源的过程¹。

为了通过延时显微电影技术高效地表征趋化性，我们开发了一种高度可调节的培养板复合装置（图1），并构建了一个包含8台显微镜的阵列（图2），每台显微镜均能够采集延时视频。该检测方法具有足够的严谨性，可实现可量化数据的稳定重复，所得视频使我们能够观察并追踪群体运动行为中的细微变化。视频采集后，将被传输至一台具备充足内存的分析/存储计算机，以处理和保存数千个视频。该系统的灵活性已被证明对中国台湾M. xanthus研究群体中的多个成员具有重要价值。

方案

所需材料：

• Klett 比色计
• 移液器及吸头
• 2.5 ml 微量离心管
• 微量离心机
• CTTYE 培养基：
  • 1.0% Casitone（Difco Laboratories），0.5% 酵母提取物（Difco Laboratories）
  • 10.0 mM Tris-HCl（pH 8.0），1.0 mM KH₂PO₄，8.0 mM MgSO₄
• TPM 培养基：
  • 10.0 mM Tris-HCl（pH 8.0），1.0 mM KH₂PO₄，8.0 mM MgSO₄
• 琼脂糖
• 设定为 55°C 的水浴锅
• 玻璃显微镜载玻片
• 大型玻璃盖玻片
• 2 x 2 cm，0.5 mm 厚的硅胶垫片（Grace Bio-Lab Inc.....

讨论

延时显微电影摄影技术（TM）已成为研究原核生物运动性的标准方法^2-7。传统上，TM 采用滤纸条、薄层琼脂垫或琼脂块作为基质^8-11。当仅需生成用于一般性展示细菌运动的图像序列时，这些方法足够有效且成本低廉。然而，若图像序列需用于生成可重复且定量严谨的数据，则这些方法耗时较长且可靠性有限。例如，人为操作误差导致的技术差异可能引发多种不准确结果，从琼脂表面不平整显著影响被研究细菌的行为，到检测基质一侧与另一侧之间焦平面不一致等问题。为解决这些难题，我们设计了一种 TM 培养皿组件，其具备足够一致的质量，可通过使用廉价且可重复使用的硅胶垫圈实现可重复的实验结果（图 1）。此外，该培养皿组件具有高度可改装性，并已在多种培养基类型和琼脂浓度条件下证实可维持超过一周的充分水合与氧气供应。

为了便于生成延时电影，配备了8台尼康E400显微镜，每台均装配有2X、4X和10X物镜。此外，每台显微镜还配备了一台Insight相机（Diagnostic Instruments, Inc.）和一个加热载物台（20/20 Technologies）。每台相机均连.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
1.0% 胰酪蛋白胨	Difco Laboratories
0.5% 酵母提取物	Difco Laboratories
微量移液器	Fisher Scientific
100 μl 玻璃一次性吸头	Fisher Scientific
2 × 2 cm，0.5 mm 厚硅胶垫片	Grace Bio-Lab Inc.