$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Zarodniki z rzędów Bacillales i Clostridiales są metabolicznie uśpione i niezwykle odporne na surowe reżimy dekontaminacji, ale jeśli nie wykiełkują, nie mogą powodować szkodliwych skutków u ludzi1. W przypadku kiełkowania zarodników Bacillus subtilis (B. subtilis) wywołanego przez kiełkowanie składników odżywczych zdarzeniem inicjującym jest wiązanie kiełkowania z receptorami kiełkowania (GR) znajdującymi się w wewnętrznej błonie zarodnika (IM). Następnie GR transdukują sygnały do białka kanału SpoVA znajdującego się również w IM. Powoduje to początek wymiany rdzenia zarodników kwasu pirydyno-2,6-dikarboksylowego (kwas dipikolinowy; DPA; składający się w 20% z suchego rdzenia zarodników) do wody przez kanał SpoVA. Następnie uwolnienie DPA wyzwala aktywację hydrolizy peptydoglikanu w korze mózgowej, a po tym następuje dodatkowy pobór wody2,3,4. Zdarzenia te prowadzą do naprężeń mechanicznych warstw powłoki, jej późniejszego zerwania, początku wzrostu i wreszcie wzrostu wegetatywnego. Jednak dokładne szczegóły molekularne procesu kiełkowania są nadal dalekie od wyjaśnienia.
Główne pytanie dotyczące kiełkowania zarodników dotyczy biofizycznych właściwości lipidów otaczających białka kiełkowania IM, jak również białek kanału IM SpoVA. Ta w dużej mierze nieruchoma dwuwarstwa lipidowa IM jest główną barierą przepuszczalności dla wielu małych cząsteczek, w tym toksycznych chemicznych środków konserwujących, z których niektóre wywierają swoje działanie w rdzeniu zarodników lub cytoplazmie komórki wegetatywnej5,6. Dwuwarstwa lipidowa IM jest prawdopodobnie w stanie żelowym, chociaż istnieje znaczna frakcja ruchomych lipidów w klasie IM5. IM zarodnika ma również potencjał do znacznego rozszerzenia5. W ten sposób powierzchnia IM zwiększa się 1,6-krotnie po wykiełkowaniu bez dodatkowej syntezy błony i towarzyszy jej utrata charakterystycznej dla tej błony niskiej przepuszczalności i bezruchu lipidów5,6.
Podczas gdy szczegóły molekularne aktywacji białek kiełkujących i organizacji lipidów IM w zarodnikach są atrakcyjnymi tematami do badań, mały rozmiar zarodników B. subtilis i stosunkowo niska obfitość białek kiełkujących stanowią wyzwanie dla analiz mikroskopowych. Griffiths i in. przekonujące dowody z mikroskopu epifluorescencyjnego, wykorzystujące fluorescencyjne reportery połączone z białkami kiełkującymi, sugerują, że w zarodnikach B. subtilis białko rusztowania GerD organizuje trzy podjednostki GR (A, B i C) dla GR GerA, B i K, w klastrze7. Ukuli termin "germinosom" dla tego klastra białek kiełkujących i opisali struktury jako ~300 nm duże IM protein foci8. Po zainicjowaniu kiełkowania zarodników, fluorescencyjne ogniska germinosomów ostatecznie zmieniają się w większe rozproszone wzory fluorescencyjne, przy czym >75% populacji zarodników wykazuje ten wzór w zarodnikach kiełkujących przez 1 godzinę z L-waliną8. Zauważ, że wspomniany powyżej artykuł wykorzystał uśrednione obrazy z dziesiątek kolejnych obrazów fluorescencyjnych, aby uzyskać moc statystyczną i pokonać przeszkodę w postaci niskich sygnałów fluorescencyjnych obserwowanych podczas obrazowania. Ta wizualizacja tych struktur w zarodnikach bakteryjnych była na granicy tego, co jest technicznie wykonalne przy użyciu klasycznych narzędzi mikroskopowych i ani ocena ilości ognisk w pojedynczym zarodniku, ani ich bardziej szczegółowa lokalizacja subkomórkowa nie była możliwa przy tym podejściu.
Tutaj demonstrujemy użycie Mikroskopii Oświetlenia Strukturalnego (SIM) w celu uzyskania szczegółowej wizualizacji i kwantyfikacji germinosomu (zarodników) w zarodnikach B. subtilis, jak również ich domen lipidowych IM9. Protokół zawiera również instrukcje dotyczące zarodnikowania, przygotowania preparatów i analizy obrazu przez SIMcheck (v1.0, wtyczka imageJ), a także ImageJ10,11,12.