מאמר שיטה

אוסף, בידוד והעשרה של חיידקים המתרחשים באופן טבעי מMagnetotactic הסביבה

23.4K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/50123

⸱

15 בנובמבר 2012

 ,  ,  , 
1School of Earth Sciences, The Ohio State University, 2School of Environment & Natural Resources, The Ohio State University, 3Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences

במאמר זה

סיכום

אנחנו מדגימים את שיטה לאיסוף חיידקי magnetotactic (MTB) שניתן להחיל על מים הטבעיים. MTB יכול להיות מבודד ומועשר מדגימות משקעות באמצעות התקנה פשוטה יחסית שמנצלת את המגנטיות הטבעית של החיידקים. המבודד MTB אז ניתן לבחון בפירוט שימוש באור ומיקרוסקופ אלקטרונים.

תקציר

חיידקי Magnetotactic (MTB) הם מיקרואורגניזמים ימיים שקודם תוארו בעיקר בשנת 1975 1 מ דגימות משקעות שנאספו בביצות מלח של מסצ'וסטס (ארה"ב). מאז MTB התגלה במים ומרובדת משקעי עמודות מכל רחבי העולם 2. תכונה אחת משותפת לכל MTB היא שהם מכילים magnetosomes, שהם nanocrystals תאי, קרום בכריכה מגנטית של מגנטיט (3 Fe O 4) ו / או greigite (3 Fe S 4) או שניהם 3, 4. בחצי הכדור הצפוני, MTB נמשכים בדרך כלל לקצה הדרומי של מגנט לבר, ואילו בחצי הכדור הדרומיים שהם בדרך כלל נמשכים לקצה הצפוני של מגנט 3,5. מאפיין זה יכול להיות מנוצל בעת ניסיון לבודד MTB מדגימות סביבתיות.

אחת הדרכים הנפוצות ביותר למעשירים MTB הוא להשתמש במכל פלסטיק שקוף כדי לאסוף משקעים ומים ממקור טבעי,כגון ברכת מים מתוקים. בחצי הכדור הצפוני, בקצה הדרומי של מגנט בר ממוקם על החלק החיצוני של המכל בדיוק מעל המשקעים בממשק משקעי מים. לאחר זמן מה, החיידקים ניתן להסירו מהצד הפנימי של המכל ליד המגנט עם פיפטה והעשירו עוד יותר על ידי שימוש במסלול מירוצי נימים 6 ומגנט. ברגע שהתעשר, החיידקים יכולים להיות ממוקמים בשקופית מיקרוסקופ באמצעות שיטת טיפה תלויה ונצפה במיקרוסקופ אור או שהופקד על רשת נחושת ונצפה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM).

באמצעות שיטה זו, מבודד MTB ניתן ללמוד מיקרוסקופי כדי לקבוע מאפיינים כגון שחי התנהגות, סוג ומספר שוטונים, מורפולוגיה תא של התאים, הצורה של הגבישים המגנטיים, מספר magnetosomes, מספר רשתות magnetosome בכל תא, ההרכב של את גבישי nanomineral ונוכחות וקואולות תאית.

פרוטוקול

1. MTB אוסף

  1. כאשר מחליטים על אתר מים מתוק לאסוף חיידקי magnetotactic (MTB), הוא לעתים קרובות טוב ביותר להתחיל עם אגם או נחל איטי שיש שכבת משקע בוצית רכה. בהפגנה זו אספנו מדגם בקצה נהר Olentangy בקמפוס של אוניברסיטת אוהיו (OSU) בקולומבוס, אוהיו (ארה"ב). אמנם זה היה במיקום נוח להפגנה שלנו, הפרוטוקול המתואר כאן הוא ישים לכל מיקום מימי. החומרים המשמשים בפרוטוקול זה ניתן למצוא בטבלת 1. מצא את מיקום שבו עומק המים הוא בין 10 ל 100 סנטימטר. במיקום כזה, אתה צריך לאסוף את השכבה העליונה ביותר של שימוש במכל ברור, מתברג משקעים. סקופ משקעים ומים לתוך המכל עד שהוא מלא בסחף שליש למחצית ונפח שנותר במים. שמור את המכל השקוע עד שהוא מלא במים ולאחר מכן בחוזקה מכסה את מכל with המכסה מתברג. זה לא הכרחי כדי לערבב את המשקע. נגב את החלק החיצוני של המכל במגבת היבש ולאחר מכן לקחת את הדגימה למעבדה שלך. זה לא הכרחי למהר מדגם בחזרה למעבדה שלך. השארנו לי דגימות MTB במכלי פלסטיק בתחום במשך כמה ימים לפני שהחזרת אותם למעבדה שלנו. MTB צריך להיות בת קיימא במשך כמה שבועות עד חודשים, כל עוד אתה שומר את הדגימות במקום קריר ומוצל בתחום.
  2. ברגע שהמדגם הוא במעבדה שלך, שחרר את המכסה ולהשאיר אותה מכסה את המכל כדי להפחית את כמות האידוי. אחסן את המכל בטמפרטורת חדר בחדר חשוך, מגירה, או לכסות את המכל בנייר אלומיניום לחלוטין. אפשר המשקעים וחלקיקים להתיישב לחלוטין לתחתית המכל על ידי השארת המדגם באין מפריע במשך כמה שעות לכמה ימים. אין צורך לערבב את המשקעים, MTB מעדיף סביבה באין מפריע. הקירות הברורים של מכל הפלסטיקיאפשר לך לאשר כי החלקיקים התיישבו לתחתית. בהתאם לדוגמא שלך, MTB יכול להישאר בחיים במדגם במשך חודשים רבים.

2. בידוד MTB

  1. כאשר אתה מוכן לבודד את MTB, מגנטי המקום בצדדים של מכל הפלסטיק כ 1 סנטימטר מעל לממשק משקעי מים (איור 1 א). היזהר שלא להפריע למשקעים בתחתית המכל. הנח את הקוטב הדרומי של מגנט לבר בצד אחד של המכל והצד הצפוני של מגנט עוד בר בצד השני (איור 1 א). כמעט כל מגנט יכול לשמש, כגון בר סערה מגנטית או מגנט למקרר גדול. כל דבר יכול לשמש כדי לתמוך במגנטים בגובה הנכון מעל לממשק משקעי מים. אנחנו מצאנו שנחנו את המגנטים על גבי קרטון או קופסא פלסטיק הוא טוב ביותר, עם זאת, את המגנטים יכולים גם להיות מודבקים מחוץ לקופסא הפלסטיק. חכה 30 דקות לכמהשעות עבור החיידקים לשחות אל המגנט.
  2. השתמש פיפטה סטרילית, כדי לאסוף את המים בזהירות מתוך המכל (איור 1 א) בסמוך לעמדתו של בר מגנט דרום מוט (לדוגמאות שנאספו בחצי הכדור הצפוני). מים זה צריכים להכיל MTB שנמשך למגנט לבר דרום מוט. בשלב בא, מסלול מירוצי נימים יש להשתמש כדי להעשיר MTB נוסף.

3. מסלול מרוצה MTB

  1. על מנת להעשיר את המדגם שלך עם חיידקי magnetotactic, מסלול מירוצי נימים הוא הכרחי (1B 1C ואיורים). אלה צריכים להיעשות לפני מבודדים את התאים מיכל הפלסטיק שקוף.
  2. השתמש 5.75 אינץ' (146 מ"מ) הזכוכית פיפטה פסטר להפוך את מסלול מרוצה. השתמש בעט יהלומים או קובץ לחתוך את החלק העליון של פיפטה, אורכו של פיפטה הוא לא קריטי, אבל זה צריך להיות מסוגל להכיל כ 1-2 מ"ל של מים. בשלב הבא, להשתמש במבער בונזן כדי להמס את הקצה כך שהוא הופך להיות אטום (האיור 1C). פיפטה התוצאה צריכה להיות סוף פתוח וסוף סגור.
  3. הפוך כמה ממסלולים המרוצים אלה ולאחר מכן חיטוי. בנוסף, תצטרך חיטוי הכותנה וכמה מחטי מתכת ארוכות.
  4. הוסף מים מסוננים מדגם, נאספו ליד ממשק מי משקעים שמוצגים באיור 1 א ', למסלול מירוצי autoclaved באמצעות מחט מתכת ארוכה המחובר למזרק מסונן. הגודל הנקבובי של המסנן צריך להיות 0.22 מ"מ לחסל פסולת ומזהמים מהמים. חשוב להיות בטוח לחלוטין שאין בועות אוויר בזכוכית נימים.
  5. חבר את החלק התחתון של מסלול המירוצים עם כותנת סטרילי (האיור 1B). השתמש במחט המתכת לדחוף צמר גפן לקראת הסוף החתום של מסלול המירוצים אז זה 0.5-1 סנטימטר מרחק מהקצה האטום (האיור 1C).
  6. באמצעות פיפטה סטרילית, להוסיף את המים המכילים MTB (מסעיף 2.2) למדגם reservoir (סוף פתוח) של מסלול מירוצי MTB מוכן (1B איור).

4. העשרת MTB

  1. ברגע שמסלול המירוצים מלא בנוזל דגימה, ולהניח אותה בצד שלה על משטח אופקי (למשל, benchtop) ולמקם את הקוטב הדרומי של מגנט לבר (בחצי הכדור הצפוני) בסמוך לקצה האטום של מסלול המירוצים (האיורים 1B ו1C).
  2. לחכות 5 עד 30 דקות לMTB להעביר דרך הבד. אז אתה צריך לאסוף את הנוזל שבקצה המסלול. מחכה זמן רב מדי יכול להציג את חומרים מזהמים, כמו חיידקים ניעתי אחרים, לקצה הנימים. לחלופין, אתה יכול להשתמש במיקרוסקופ אור כדי להציג את קצה מסלול המירוצים ולצפות MTB לאסוף בקצו של המסלול המרוצה. זה יאפשר לך לקבוע כמה הזמן לוקח לMTB נודד דרך תקע הכותנה.
  3. בעדינות להשתמש בסכין היהלום לעשות שריטה קטנה ליד תקע כותנה ולהטיח סוף המסלול המרוצה.
  4. השתמש במזרק 1 מ"ל עם מחט צר (25 או 27 מד) כדי להסיר את הנוזל מקצה המסלול המרוצה. דגימת נוזל זה צריכה עכשיו מכילה המועשר MTB.

5. תצפית MTB ידי מיקרוסקופי אור

  1. הנח טיפה (10-20 μl) של מדגם MTB המועשר על coverslip.
  2. מהר להעיף את coverslip על כך הטיפה כעת פונה כלפי מטה ותלוי מcoverslip.
  3. הנח את coverslip על גבי טבעת O-המונחת על משטח זכוכית. O-הטבעת צריכה להיות בקוטר קטן מעט יותר ואז coverslip (כ 1 סנטימטר; איור 2).
  4. הנח טיפה תלויה זה על במת מיקרוסקופ אור ולהתמקד בקצה אחד של הירידה. אובייקטיבי יבש 60x עובד טוב מאוד, כי רוב יש צמצם מספרי גבוה (NA; למשל, 0.93), אך אינו דורשים שמן, שקשה להשתמש בשיטת הטיפה התלויה (איור 2).
  5. הנח את הקצה הדרומי של מגנט קרוב לבר ד התלייהROP וMTB יתחילו לנדוד לכיוון הקצה של הירידה הקרובה ביותר למגנט (איור 3). תוך כמה דקות MTB רב צריך להיות בקצה הירידה (איור 3). להוכיח לעצמך שאת החיידקים הם על ידי היפוך מגנטיים של מגנט המוט ולאחר מכן לבחון את החיידקים לשחות בכיוון ההפוך.

6. תצפית MTB על ידי מיקרוסקופי אלקטרוני הילוכים (TEM)

  1. הנח טיפה (~ 20 μl) של המועשר MTB על רשת נחושת ולאפשר לחיידקים להתיישב למשך 10 דקות.
  2. פתילה את עודפי מים עם פיסת נייר סינון נקי.
  3. לחלופין, אפשר לצבוע את הרשת באופן שלילי עם 2% יצטטו uranyl, pH החומצה phosphotungstic 2% 7.2, או 2.5% נתרן 7 molybdate, 8, 9. הדבר נעשה על ידי הצבת רשת הנחושת על ירידה של כתם מייד לאחר דגירת הרשת עם המועשר MTB. דגירת הרשת עם הכתם שלילי, הזמנים משתנים בהתאם לרחעין בשימוש, ולאחר מכן את פתיל הנוזל בפיסת נייר סינון נקי.
  4. שים לב MTB באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM, איור 4). לעבודה מתוארת כאן MTB היה adsorbed לFormvar התייצב ו200 רשתות פחם מצופות רשת נחושת (טד פלה # 01800). הרשתות הונחו בצד הפחם על ירידה של השעית תא לתקופה של עד 10 דקות, ולאחר מכן שטף מייד פעם אחת על ידי הצבת הרשת על טיפת המים למשך 30 שניות. לצביעה, הרשתות הונחו על ירידה של 2% יצטט uranyl (טד פלה # 19481) למשך 30 שניות עד 5 דקות ולאחר מכן ייבשו באמצעות פיסת נייר סינון לחלוטין. הרשתות נותחו על ידי TEM או באמצעות רוח Tecnai פיי ב80kV או פיי Tecnai F20 באמצעות STEM הגבוה זווית הכהה טבעתי בתחום 200kV.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מגנט הוא כלי יעיל שניתן להשתמש בו כדי לבודד חיידקי magnetotactic (MTB) הכלולים בדגימות סביבתיות (איור 1 א). מסלול מירוצי נימים (האיור 1B) משתמש בתכונות המגנטיות של MTB כדי למשוך אותם דרך תקע כותנה שבו הם יכולים להיות מופרדים ממיקרואורגניזמים שאינם magnetotactic הכלולים גם בתוך המדגם הסביבתי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

חיידקי Magnetotactic לא נמצאים בהכרח בכל סביבה מימית 8 אבל כאשר הם עושים להתרחש, ניתן למצוא אותם בצו של 100 - 1000 תאים למ"ל 2. כדי לצפות בMTB באמצעות מיקרוסקופיה אופטית, תצטרך כ 50 חיידקים / מ"ל במדגם שלך 8. אם אין או מעטי MTB בדוגמא שלך, אז אתה גם צריך לבחור אתר סביבתי חדש כדי לאסוף הדגימות שלך או שאתה צריך לנסות את אחד או יותר מהטכניקות שנדונו בסעיף הבא.

ראשית, אתה צר...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מקרן המדע הלאומי האמריקנית (EAR-0920299 וEAR-0745808); קרן המדע הלאומי של ארה"ב למזרח אסיה ומכונה קיץ פסיפיק; החברה הגיאולוגית של אמריקה תכנית מענק מחקר והמענקים בוגר למחקר ומלגות למוסמכים מאוניברסיטת אוהיו. ברצוננו להודות לעורך ושני בודקי אנונימיים להערות תובנה שלהם.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
שם פריט חברה מספר קטלוגים תגובות (אופציונלי)
שקופיות זכוכית הפישר סיינטיפיק S95933
זכוכית pipets פסטר הפישר סיינטיפיק 13-678-6A
O-Ring חנות לחומרי בניין
תלושי כיסוי הפישר סיינטיפיק 12-542B
מגנט בר הפישר סיינטיפיק S95957
מכולה כל כל plastic או מכל זכוכית שיכול להכיל לפחות 0.5 ליטר ויכול להיות אטומה
כותנה כל
מיקרוסקופ עם עדשה יבשה 60x Zeiss עדשת 60x יבשה היא לא הכרחית, אבל זה נותן לי NA גבוה מבלי להשתמש בשמן
יהלומי עט הפישר סיינטיפיק 08-675
מסנן מ"מ 0.22 הפישר סיינטיפיק 09-719C
מזרק 1 מ"ל הפישר סיינטיפיק NC9788564
צינורות microcentrifuge הפישר סיינטיפיק 02-681-320
Formvar / פחם200 רשת, רשתות נחושת טד פלה בע"מ 01800
תצטט Uranyl טד פלה בע"מ 19481
Tecnai הרוח TEM פיי
Tecnai F20 S / TEM פיי

מקורות

  1. Blakemore, R. Magnetotactic bacteria. Science. 190, 377-379 (1975).
  2. Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Annual Reviews in Microbiology. 36, 217-238 (1982).
  3. Bazylinski, D. A., Frankel, R. B. Controlled Biomineralization of Magnetite (Fe3O4) and Greigite (Fe3S4) in a Magnetotactic Bacterium. Applied and Environmental Microbiology. 61, 3232-3239 (1995).
  4. Lefevre, C. T., Menguy, N., et al. A Cultured Greigite-Producing Magnetotactic Bacterium in a Novel Group of Sulfate-Reducing Bacteria. Science. 334, 1720-1723 (2011).
  5. Simmons, S. L., Bazylinski, D. A., et al. South-seeking magnetotactic bacteria in the Northern Hemisphere. Science. 311, 371-374 (2006).
  6. Wolfe, R., Thauer, R., et al. A 'capillary racetrack' method for isolation of magnetotactic bacteria. FEMS Microbiology Letters. 45, 31-35 (1987).
  7. Rodgers, F. G., Blakemore, R. P. Intercellular structure in a many-celled magnetotactic prokaryote. Archives of Microbiology. 154, 18-22 (1990).
  8. Moench, T. T., Konetzka, W., et al. A novel method for the isolation and study of a magnetotactic bacterium. Archives of Microbiology. 119, 203-212 (1978).
  9. Balkwill, D., Maratea, D. Ultrastructure of a magnetotactic spirillum. Journal of Bacteriology. 141, 1399-1408 (1980).
  10. Lins, U., Freitas, F., et al. Simple homemade apparatus for harvesting uncultured magnetotactic microorganisms. Brazilian Journal of Microbiology. 34, 111-116 (2003).
  11. Jogler, C., Lin, W., et al. Toward Cloning of the Magnetotactic Metagenome: Identification of Magnetosome Island Gene Clusters in Uncultivated Magnetotactic Bacteria from Different Aquatic Sediments. Applied and Environmental Microbiology. 75, 3972-3979 (2009).
  12. Lin, W., Li, J., et al. Newly Isolated but Uncultivated Magnetotactic Bacterium of the Phylum Nitrospirae from Beijing, China. Applied and Environmental Microbiology. 78, 668-675 (2012).
  13. Li, J., Pan, Y., et al. Biomineralization, crystallography and magnetic properties of bullet-shaped magnetite magnetosomes in giant rod magnetotactic bacteria. Earth and Planetary Science Letters. 293, 368-376 (2010).
  14. Oestreicher, Z., Valerde-Tercedor, C. Magnetosomes and magnetite crystals produced by magnetotactic bacteria as resolved by atomic force microscopy and transmission electron microscopy. Micron. 43, 1331-1335 (2012).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

TEM

מאמרים קשורים