本文详细介绍了一种制备隐球菌细胞与阿米巴原虫共培养体系的实验方案,该体系通过静态荧光图像和高分辨率透射电子显微镜图像进行研究。文中展示了定量数据如何补充此类定性信息。
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本文详细介绍了一种制备隐球菌细胞与阿米巴原虫共培养体系的实验方案,该体系通过静态荧光图像和高分辨率透射电子显微镜图像进行研究。文中展示了定量数据如何补充此类定性信息。
为了模拟Cryptococcus感染,可以使用阿米巴原虫作为巨噬细胞的模型,因为阿米巴是环境中隐球菌细胞的天然捕食者。这种捕食性生物与巨噬细胞类似,通过吞噬作用来杀灭被内化的细胞。借助共聚焦激光扫描显微镜,可捕捉隐球菌细胞与阿米巴相互作用瞬间的图像。电子显微镜的高分辨率有助于揭示隐球菌细胞在被阿米巴食物泡捕获时的超微结构细节。由于吞噬作用是一个连续的过程,因此在分析中需整合定量数据,以解释图像拍摄时间点所发生的情况。具体而言,通过读取相对荧光单位,来量化阿米巴内化隐球菌细胞的效率。为此,隐球菌细胞会被染色,使其在进入酸性食物泡环境后产生荧光。综合使用这些技术所获得的信息,可为细胞被阿米巴内化后的行为与命运提供关键证据,并可能推断其在其他吞噬细胞中的类似行为。
微生物在进化过程中逐渐适应并成功定殖于多种生态位,例如土壤和水体等开放的物理环境1。在这些生态位中,微生物通常会直接竞争有限的资源;尤为重要的是用于支持自身生长的营养物质,以及容纳不断扩张种群所需的空间2,3。在某些情况下,一些全动物型生物(如阿米巴原虫)甚至会以隐球菌细胞为食,通过消耗其生物量来获取营养4,5。这种捕食行为反过来使捕食者能够通过控制猎物种群数量来建立领地优势。由于这种捕食压力的存在,部分猎物微生物可能被选择性地进化出某些微生物因子(例如隐球菌荚膜6),以缓解捕食带来的不利影响。然而,作为这种压力的非预期后果,一些微生物获得了能够跨越物种屏障的能力,并进而寻找新的生态位进行定殖7,例如营养丰富且环境条件适宜的人体内部封闭空间。这一过程可能解释了像新生隐球菌(Cryptococcus (C.) neoformans)这样的陆生微生物如何演变为致病菌。
为此,研究隐球菌细胞与阿米巴原虫的初始接触及其如何选择性地使其成为致病菌至关重要。更具体地说,这可能为了解隐球菌细胞在感染过程中受到巨噬细胞作用时的行为提供线索。正是基于这一原因,本研究选择阿米巴原虫作为巨噬细胞的模型,因为其在实验室中培养成本相对较低且易于维持8。此外,还关注隐球菌次级代谢产物(即3-羟基脂肪酸9,10)如何影响阿米巴原虫与隐球菌细胞之间的相互作用。
通过肉眼观察变形虫与其猎物相互作用的一种简单方法是,在琼脂平板表面用猎物形成菌苔,然后接种变形虫。琼脂平板上出现的噬斑或透明区域可直观显示变形虫可能摄食猎物的区域。然而,在这种宏观水平下,仅能观察到该过程的最终结果,而无法观察吞噬作用的具体机制。因此,为了在单个细胞水平上深入理解这一过程,可采用多种显微镜技术11,12。例如,可使用配备培养室的倒置显微镜对吞噬细胞与其靶标之间的相互作用进行延时录像记录13。然而,由于具备延时成像功能的显微镜价格昂贵,实验室并不总能负担得起此类设备,尤其是在资源有限的环境中。
为克服上述局限性,本研究提出了一种顺序探索性设计,用于评估交互作用 C. neoformans 即 C. neoformans UOFS Y-1378 和 C. neoformans LMPE 046 与 Acanthamoeba castellani首先采用定性方法,随后进行定量方法。使用倒置荧光显微镜和透射电子显微镜拍摄阿米巴虫的静态图像以展示其形态。隐球菌 相互作用。随后使用酶标仪定量荧光,以评估阿米巴吞噬隐球菌细胞的效率。在数据分析阶段整合这些方法的结果时,所获得的信息可能与观察吞噬作用延时视频所获取的关键信息同样重要。
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Cryptococcus neoformans 和某些 Acanthamoeba castellanii 菌株被视为生物安全等级2(BSL-2)病原体;因此,研究人员在操作这些生物体时必须采取适当的预防措施。例如,实验室人员应接受专门培训,并穿戴个人防护装备(PPE),如实验服、手套和护目用具。对于可能引起感染的操作,应使用二级生物安全柜14。
1. 真菌细胞的培养与标准化(改编自 Madu 等人15)
2. 变形虫细胞的培养与标准化(改编自 Madu 等人15)
3. 研究吞噬作用的细胞荧光染色(改编自 Madu 等人15)
4. 利用透射电子显微镜研究吞噬作用(改编自 van Wyk 和 Wingfield23)
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微生物是肉眼无法观察到的微小生物体,但其影响可能导致临床上明显的疾病,例如皮肤感染。在研究微生物的某些特性时,包括其形态、代谢产物及相互作用,能够提供图像和视频证据至关重要。
我们首先试图观察隐球菌细胞与阿米巴之间的相互作用。为此,首先观察了共孵育2小时后的明场图像。其中一幅图像显示一个隐球菌细胞靠近阿米巴。一个阿米巴细胞伸出伪足,试图捕获一个隐球菌细胞(图1A)。接着,获取了相应的荧光图像以作对照(图1B)。染色细胞表面的绿色荧光有助于确认隐球菌细胞的存在。未染色的阿米巴也表现出自发荧光。此外,两种细胞在大小和形态上的明显差异,进一步帮助区分了这两类细胞。
自发荧光是一种常见的现...
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在本文中,成功采用了多种技术以揭示阿米巴与隐球菌细胞相互作用时可能产生的结果。此外,我们还希望阐明3-羟基脂肪酸对相互作用结果的影响 隐球菌-阿米巴相互作用
首先采用的技术是共聚焦显微镜,该技术可获得静态图像。该方法在此处的主要缺点是仅能提供特定时间点的信息。基于实验结果所得出的任何结论均属于归纳推理,即根据一组观察结果得出结论32。然而,仅仅因为观察到多个存在某种模式的情况,并不意味着该模式在所有情况下都成立。因此,本研究展示了此类有限信息可能导致无根据结论的可能性,并对此提出了警示。具体而言,在缺乏矛盾性或支持性、互补性证据的情况下,可能会得出内化作用导致细胞吞噬作用发生的结论。
成像技术的快速发展为科学发现带来了新的机遇,呕吐胞吐作用(vomocytosis)的发现便是如此29,30。若不使用能够记录延时视频的显微镜,...
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
本工作得到了南非国家研究基金会(资助编号:UID 87903)和自由州大学的资助。我们还感谢Pieter van Wyk和Hanlie Grobler在显微镜研究过程中提供的服务与协助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷 | Sigma-Aldrich | D27802 | - |
| 1.5 mL 塑料管 | Thermo Fisher Scientific | 69715 | - |
| 15 mL 离心管 | Thermo Fisher Scientific | 7252018 | - |
| 50 mL 离心管 | Thermo Fisher Scientific | 1132017 | - |
| 8孔培养板 | Thermo Fisher Scientific | 1109650 | - |
| 丙酮 | Merck | SAAR1022040LC | - |
| 阿米巴原虫菌株 | ATCCÒ | 30234TM | - |
| ATCC 培养基 712 | ATCCÒ | 712TM | 阿米巴培养基 |
| 黑色96孔微孔板 | Thermo Fisher Scientific | 152089 | - |
| 离心机 | Hermle | - | - |
| 氯仿 | Sigma-Aldrich | C2432 | - |
| 共聚焦显微镜 | Nikon | Nikon TE 2000 | - |
| 环氧树脂: | |||
| [1] NSA | [1] ALS | [1] R1054 | - |
| [2] DER 736 | [2] ALS | [2] R1073 | - |
| [3] ERL Y221 树脂 | [3] ALS | [3] R1047R | - |
| [4] S1(2-二甲氨基乙醇) | [4] ALS | [4] R1067 | - |
| 异硫氰酸荧光素 | Sigma-Aldrich | F4274 | - |
| 甲酸 | Sigma-Aldrich | 489441 | - |
| Fluoroskan Ascent FL | Thermo Fisher Scientific | 374-91038C | 酶标仪 |
| 葡萄糖 | Sigma-Aldrich | G8270 | - |
| 戊二醛 | ALS | R1009 | - |
| 血细胞计数板 | Boeco | - | - |
| 柠檬酸铅 | ALS | R1209 | - |
| 液相色谱-质谱联用仪 | Thermo Fisher Scientific | - | |
| 甲醇 | Sigma-Aldrich | R 34,860 | - |
| 轨道摇床 | Lasec | - | - |
| 四氧化锇 | ALS | R1015 | - |
| pHrodo Green Zymosan A BioParticles | Life Technologies | P35365 | 这是一种pH敏感性染料 |
| 生理缓冲液 | Sigma-Aldrich | P4417-50TAB | - |
| 旋转摇床 | Labcon | - | - |
| 磷酸盐缓冲液: | |||
| [1] 二水合磷酸氢二钠 | [1] Merck | [1] 106580 | - |
| [2] 二水合磷酸二氢钠 | [2] Merck | [2] 106345 | |
| 透射电子显微镜 | Philips | Philips EM 100 | - |
| 台盼蓝 | Sigma-Aldrich | T8154 | - |
| 超薄切片机 | Leica | EM UC7 | - |
| 醋酸铀酰 | ALS | R1260A | - |
| 真空干燥器 | Lasec | - | - |
| 小瓶 | Sigma-Aldrich | 29651-U | - |
| YNB | Lasec | 239210 | - |
| YPD 琼脂 | Sigma-Aldrich | Y-1500 | - |
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