Name: 使用微流体的细菌的趋化作用的研究 - 访 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-05-28T00:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: 了解如何利用微流控技术研究海洋细菌的趋化行为及其在微生物生态学中的应用。该方法帮助科学家深入理解细菌如何感知营养梯度并在复杂海洋环境中追踪食物来源。

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作者无任何利益冲突需要披露。

使用微流控技术研究细菌趋化性——访谈

Studies of Bacterial Chemotaxis Using Microfluidics - Interview

我叫Roman Stocker，是麻省理工学院土木与环境工程系Ralph Parsons实验室的二年级助理教授。我来自意大利，研究方向为流体力学。因此，我的学术背景更偏向于物理科学，但在过去两到三年里，我逐渐转向环境与生物学领域。两年前，我开始开发微流控技术，以研究微生物生态学中的问题。利用这些微尺度装置，我们能够在微米尺度上探究典型的生态学问题。我们的研究主要关注海洋中能够游动并追踪食物来源的藻类生物。特别是，细菌已经进化出非常巧妙的游动方式，我在这里有一个小演示。细菌的头部基本上呈椭球形，你可以想象其大小约为两微米。在细菌的后端，有一根或多根鞭毛。这些鞭毛是螺旋状结构，细菌可以通过旋转它们产生推力，从而实现向前游动。细菌实现这一过程存在不同的模式，其运动方式也各不相同，这正是我们研究关注的一部分。细菌在海洋中游动的目的是为了更有效地利用营养物质来源，这也是过去15到20年间海洋微生物学领域发生范式转变的一部分。在此前，人们普遍认为海洋在米级甚至数十米尺度上是营养物质均匀分布的“汤状”环境；在这种对海洋的认知图景中，细菌等微小生物被认为几乎不发挥重要作用，仅仅是被动地随海洋环境的流动而迁移。但大约在10到15年前，人们意识到海洋中的实际情况并非如此，事实上，这些微小尺度的生物是决定海洋健康状况的最重要参与者之一，因而也影响着全球气候等重大问题。这主要有两个原因：第一个原因是，它们广泛分布于整个海洋中，其累积生物量远远超过所有其他海洋生物的总和。第二个原因，也许也是最根本的原因，是这些小型生物通过利用营养物质，特别是碳源，能够将营养物质重新循环供给食物网中的其他组分，从而显著增强海洋中营养级联的其他方面和其他环节。在所有这些过程中，我们的研究主要集中在游动生物与营养斑块之间的相互作用。细菌不仅能够游动，还能够感知并检测营养梯度。也就是说，它们能够感知生命环境的改善，并向营养物质浓度较高的区域游动。这一过程被称为趋化性。趋化性是指感知化学梯度并通过游动向其源头靠近的能力。这正是我们在实验室中研究的核心内容，而微流控技术是一种工具，使我们能够探究细菌的趋化性和游动能力，从而推断并放大它们在决定海洋健康状况中的作用。在过去一年半的时间里，我们建立了微流控装置，使我们能够在细菌暴露于海洋中常见的各种环境条件下进行研究。正如我之前提到的，包括典型的营养斑块，也包括例如湍流等条件。迄今为止，我们发现海洋细菌似乎已非常高效地适应了利用这些营养物质富集区域的能力，并能够通过游动来应对海洋中各种湍流条件，这使得它们在海洋环境中具有极强的生存能力。从它们的视角来看，海洋通常是一个营养贫瘠的荒漠，营养物质仅以零星且极为稀少的斑块形式存在于三维水体中；与此同时，这些细菌仍能游动，抵抗湍流，从而在周围水流剧烈运动时，依然能够追踪到其营养来源。地球系统计划是一项非常有意义的倡议，它汇聚

studies-of-bacterial-chemotaxis-using-microfluidics-interview

Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

使用微流体的细菌的趋化作用的研究 - 访

本文描述了微流控通道的制备及其在实验中的应用，用于研究海洋微生物在斑块状营养环境中的趋化觅食行为，以及细菌在剪切流中的游动行为。...

海洋微生物对微尺度营养层的趋化响应

本方案描述了一种用于在化学效应物的稳定浓度梯度中研究细菌趋化性的微流控装置的开发。...

一种用于在稳定浓度梯度下定量细菌趋化性的微流控装置

来源：Scheidweiler, D., et al. 结合微流控装置与显微镜和流式细胞术研究多孔介质中跨空间尺度的微生物迁移。 J. Vis. Exp.

利用微流控装置评估细菌运动性

本视频展示了使用全芯片法进行中性粒细胞趋化实验。该方法通过免疫磁珠负向筛选直接从全血中分离中性粒细胞，随后在微流控芯片上进行趋化实验。...

一种基于微流控芯片的全血快速中性粒细胞趋化分析方法

视觉趋化性检测对于深入理解真核细胞如何调控趋化剂介导的定向细胞迁移至关重要。本文中，我们详细描述了以下两种方法：1）对多个趋化性实验进行实时、高分辨率的监测；2）同时可视化中性粒细胞样HL60细胞中的趋化剂浓度梯度以及信号事件的时空动态变化。...

成像中性粒细胞样HL60细胞中G蛋白偶联受体介导的趋化作用及其信号事件

在发育、伤口愈合和癌症转移过程中，集体细胞迁移通常由生长因子或信号分子的浓度梯度所引导。本文介绍了一种将牵引力显微镜与微流控系统相结合的实验体系，并演示了如何在生化梯度条件下定量分析集体迁移的力学机制。...

牵引力显微镜与微流控技术结合用于趋化性集体迁移

本文介绍了一种在微流控和毫流控装置内通过光解反应生成动态化学梯度环境的实验方案。该方法适用于研究多种生物学过程，包括微生物在单细胞水平和群体水平上的运动行为、营养摄取以及对化学物质的适应性。...

生成可控的动态化学环境以研究微生物行为

本文介绍了利用延时相差显微镜技术，在趋化性补体C5a梯度中对小鼠腹腔常驻巨噬细胞进行成像的方法。该方案可推广至其他免疫细胞的研究。...

小鼠巨噬细胞趋化作用的延时成像

本文介绍了一种原位趋化性检测方法的实验方案，这是一种新近开发的微流控装置，可实现对微生物行为在自然环境中的直接研究。...

原位趋化性实验检测水生生态系统中微生物行为

探究白蚁后肠中的微生物群落——访谈

了解如何利用微流控技术研究海洋细菌的趋化行为及其在微生物生态学中的应用。该方法帮助科学家深入理解细菌如何感知营养梯度并在复杂海洋环境中追踪食物来源。

使用微流控技术研究细菌趋化性——访谈

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