August 10th, 2011
住んでいるグラム陰性およびグラム陽性細菌は、ゼラチンコートしたマイカ上に固定し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて液体中に撮像することができます。
原子間力顕微鏡またはFMは、表面の機械的プローブを使用して、サンプルを化学的に処理することなく高解像度の画像を生成します。このビデオでは、ゼラチンでコーティングされたマイカにバクテリアを固定化し、FMによって液体環境でイメージングします。まず、MICAの正方形をA FM顕微鏡プラットフォームに合うようにカットします。MICAの最上層が取り除かれ、雲母の正方形がゼラチンでコーティングされます。
次に、細菌懸濁液の液滴をゼラチン被覆マイカ上に置いて広げます。ピペットチップを使用して、サンプルを10分間インキュベートします。次に、結合していないバクテリアを表面から洗い流します。
サンプルをA FMウェットセルに入れてイメージングし、生きた細菌の高解像度画像を取得します。ISO多孔質フィルターの動員のような既存の方法に対するこの技術の主な利点は、棒状細菌と球状細菌の両方を確実に固定化できることです。また、細胞表面の大部分がA FMプローブからアクセス可能です。
原子間力顕微鏡が他の顕微鏡法と比較した場合の主な利点は、細胞の形態、中隔形成、および細胞質分裂に関する単一細胞研究を追求できることです。この方法に不慣れな個人は、バクテリアを固定化することが証明されていないゼラチンや、ゼラチン表面へのバクテリアの接着と競合する複雑な媒体で成長した使用済みバクテリアを使用する傾向があるため、苦労するでしょう。この方法のアイデアは、1970年代にバクテリアを固定化する実験から生まれました。
光学顕微鏡やオートX線撮影を用いた実験用のゼラチン被覆スライドガラスです。このデモンストレーションでは、生きたグラム陰性菌を固定化してFMイメージングを行いますが、この方法はグラム陽性菌にも適用できます。MICAを準備するには、まずハサミで切断してA FM顕微鏡のステージにフィットし、A FMウェットセルに対応します。
次に、MICAの表面にスコッチテープを貼り、それをはがして、カットピースからMICAの外層をはがします。滑らかで切れ目のない層だけが残るまで、両側から外側の層を削除し続けます。ゼラチン溶液を調製するには、100ミリリットルの蒸留水を実験室用ボトルに加え、電子レンジで加熱します。
水が沸騰し始めたら、電子レンジから取り出し、0.5グラムのゼラチンを加え、ゼラチンが溶けるまでボトルを静かに膨らませます。ウシゼラチンはこの手順にはうまく機能しないことに注意してください。豚ゼラチンをお勧めします。
ボトルをベンチトップに置き、摂氏60〜70度に冷まします。次に、十分な量のゼラチン溶液を小さなビーカーに注ぎ、鉗子を使用してMICAを完全に沈めることができるようにします。MICAスクエアを温かいゼラチン溶液に浸し、すばやく引き出します。直ちに。
マイクロ遠心分離機ラックに寄りかかっているペーパータオルの上にMICAを端に置き、周囲の空気で一晩乾燥させます。ゼラチンコーティングされたMICAは、少なくとも2週間使用できます。ゼラチンコーティングされたMICAが数週間使用されない場合。
蓋をしたペトリ皿の濾紙にのせ、室温で保存します。余分なゼラチン溶液は冷蔵保存し、ストック溶液を60〜70度に再加熱するだけで約1か月間使用できます。再加熱中にゼラチンが沸騰しないように、摂氏に注意する必要があります。
ゼラチンコーティングされたMICAにバクテリアを取り付ける前に、バクテリアの濃度が適切であることを確認してください。分光光度計を使用して、600ナノメートルの細菌サンプルの光学密度測定値を取得します。外径は0.5対1が最適です。
次に、培養物1ミリリットルをマイクロ遠心チューブに移し、遠心分離後に遠心分離してペレット化します。ピペットを使用して上清を取り除き、ろ過した脱イオン水またはバッファー1ミリリットルでペレットを洗浄します。ピペッティングで優しく上下させ、蘇生します。
ペレットを一時停止し、ゲインを遠心分離し、すぐにペレットを再一時停止します。500マイクロリットルのナノ純脱イオン水では、適切な濃度の細胞を得るために、細菌懸濁液を目に見えて濁らせる必要があります。FMイメージング用。
浸透圧ショックが懸念される場合は、0.25モルのスクロースをイメージング溶液に添加することができます。私はこのバクテリアを水に再懸濁しましたが、他の液体を試すことを恐れないでください。例えば、0.25%のスクロースでこれを行ったので、他の液体を試して、それもうまくいくかどうかを確認してください。
サンプルごとに2枚のスライドを準備します。マイクロピペッターを使用して、ゼラチンコーティングされた表面に10〜20マイクロリットルの細胞懸濁液を追加します。次に、FMイメージングに十分なカバレッジ領域を確保するために、マイクロピペットチップを使用して液滴をX方向とY方向の両方に広げます。
ゼラチン表面にピペットチップが物理的に触れないように注意しながら、サンプルを室温で10分間インキュベートします。次に、サンプルの端をペーパータオルまたはフィルターペーパーに触れて、サンプルから余分な液体を吸い取る水の流れですすいでください。窒素ガスのジェットを使用して、スライドの1つをすばやく乾燥させます。
次に、スライドを目視で検査します。不透明なスポットは、洗浄ステップでバクテリアが除去されなかったことを示します。もう1枚のスライドは、これからイメージングに使用するため、乾燥させないでください。
それをA FMウェットステージに置き、クリップを使用して固定し、マイクロピペットを使用してウェットステージに水を追加します。原子間力顕微鏡は、液体中でイメージングする前に準備しておくとよいでしょう。液体でのイメージング用のカンチレバーがA FMに配置され、レーザーと位置合わせされていることを確認してください。
100ミクロンの走査ヘッドと、ナノメートルあたり0.01〜0.1ナノニュートンの範囲の公称ばね定数を持つビコ窒化ケイ素プローブを装備したピコプラス原子間力顕微鏡を使用した原子間力顕微鏡によるイメージングを進めます。顕微鏡の準備ができたら、FMスキャナーとステージを顕微鏡に挿入します。通常、イメージング速度と解像度がラインあたり1 28データポイントから512に設定されているため、1秒あたり0.5ラインから1秒あたり1ラインまで開始します。
ラインあたり128〜512ピクセルを使用して画像を収集するように機器を設定します。0.5〜1ライン/秒のスキャン速度でスキャンします。次に、必要に応じて、A FMの設定ポイントとゲインを調整して、最適な画像を実現します。
最後に、画像を収集します。このビデオで説明したように、大腸菌をゼラチンでコーティングしたMICAに大腸菌をマウントし、0.005モルPVSでイメージングしました。この方法を使用します。
収集された画像にはセプターがはっきりと見え、細胞の表面は滑らかで、脱水症状の兆候は見られません。それに比べて、ここに示されているのと同じ大腸菌を空気中で撮影した画像は、液体では見られない構造を示すことがよくあります。この場合、細胞は脱水状態によりリンゴッドな外観を示し、FIAなどの細菌付属物が見られます。
このビデオを見れば、液体環境でのFMイメージングのための細菌サンプルの調製方法について十分に理解できるはずです。この手法を習得すると、ゼラチンコーティングされた微小表面が以前にベッドで準備されている場合、約1時間で実行できます。この手順を試みるときは、正しいゼラチンを選択し、この手順に従って適切な濃度の細菌を持つことが重要です。
FNカンチレバーを力検出ツールとして使用して、細菌表面の力測定を保持するなどの他の測定も実現できます。また、特定のプローブ分子をA FMチップにつなぎ、細菌表面の特定のターゲットと相互作用して、相互作用力を特定および測定することもできます。一般的に、病原菌を扱っている場合は、この方法で作業するときは常に予防策を講じる必要があります。
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この研究は、液体環境中でのグラム陰性およびグラム陽性細菌の固定とイメージングに原子間力顕微鏡(AFM)を使用することを示しています。この方法では、細菌の付着と視覚化を容易にするために、マイカをゼラチンでコーティングします。
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.