Kemotaxi Svar av marina mikroorganismer Micro-Scale näringsämnen lager
Summary
Tillverkning av mikroflödessystem kanaler och deras genomförande i experiment för att studera kemotaxi födosöksbeteende av marina mikrober i en ojämn näringsämne marinmålning och simning beteende bakterier i skjuvning flöde beskrivs.
Abstract
I vilken utsträckning planktoniska bakterier kan utnyttja mikroskala resurs fläckar kommer att ha betydande konsekvenser för oceaniska trophodynamics och biogeokemiska flux. Men att dra nytta av näringsämnen fläckar i havet, simma mikrober måste övervinna influenser av fysiska krafter, inklusive molekylär diffusion och turbulent skjuvning, vilket kommer att begränsa tillgången på patchar och förmåga bakterier att lokalisera dem. Fram tills nyligen har metodologiska begränsningar förhindrade direkta undersökningar av mikrobiell beteende inom fläckvis livsmiljöer och realistiska småskaliga förhållanden flöde. Därför har mycket av vår nuvarande kunskap om mikrobiell beteende i havet anskaffats från teoretiska förutsägelser. För att få ny information om mikrobiell födosöksbeteende i havet har vi tillämpat mjuka litografiska tillverkningsteknik för att utveckla 2 mikroflödessystem enheter, som vi har använt för att skapa (i) mikroskala näringsämne fläckar med mått och diffusionsprovtagare av betydelse för oceaniska processer och (ii) mikroskala virvlar, med skjuvhastigheter motsvarar de förväntade i havet. Dessa mikroflödessystem enheter har möjliggjort en första direkta undersökning av mikrobiell simning och kemotaxi beteende inom en heterogen och dynamisk marinmålning. Den kombinerade användningen av epifluorescence och faskontrast mikroskopi möjliggöra direkta undersökningar av fysiska dimensioner och diffus karaktär av näringsämnen patchar, med iakttagande av befolkningen nivå aggregative svar, utöver de simmar hur enskilda mikrober. Dessa experiment har visat att vissa arter av växtplankton, heterotrofa bakterier och phagotrophic protister är skickliga på att hitta och utnyttja sprida mikroskala resurs fläckar inom mycket korta tidsramar. Vi har också visat att upp till måttlig skjuvhastigheter, marina bakterier kan strida flödet och simma genom sin omgivning på egen hand. Men utöver en tröskel hög skjuvning nivå, är bakterier justeras i skjuvning flödet och är mindre i stånd att simma utan störningar från flödet. Mikrofluidik representerar en ny och billig metod för att studera vattenlevande mikrobiell ekologi, och på grund av dess lämplighet för exakt skapa realistiska strömningsfält och lutningar substrat i mikroskala, är idealiskt gäller för undersökningar av mikrobiell beteende vid de minsta skalorna i interaktion. Vi föreslår därför att mikrofluidik utgör ett värdefullt verktyg för att få en bättre förståelse för ekologi mikroorganismer i havet.
Protocol
Discussion
En förståelse för hur marina mikrober interagerar med sina lokala kemiska och fysiska miljön är absolut nödvändigt för en mer komplett och exakt uppfattning om betydelsen av planktoniska mikroorganismer i haven näringsämnen och kol cykler (Azam och Malfatti 2007). På grund av de små skalor (<mm) över vilken många viktiga mikrobiella interaktioner äger rum, har tekniska begränsningar förhindrat detaljerade undersökningar av mikrobiella beteende inom den heterogena biologiska fysikalisk-kemiska landskapet förutspådde at…
Acknowledgements
Vi vill tacka Mikrosystemteknik Laboratories på MIT för att tillåta oss att filma en del av denna video i renrummet anläggningen.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| PDMS, Sylgard 184 | Silicone Elastomer Kit | Dow Corning, Midland, MI, USA | http://www.ellsworth.com/sylgard.html | |
| SU8-2100 | Photoresist | MicroChem, Newton, MA, USA | www.microchem.com | |
| Nikon Eclipse TE2000-E inverted microscope | Microscope | Nikon, Japan | ||
| PEEK tubing (0.762 mm ID, 1.59 mm OD) | Tool | Upchurch Scientific, Oak Harbor, WA, USA | www.upchurch.com | |
| Syringes (Luer-Lok Tip) | Tool | BD, Franklin Lakes, NJ, USA | ||
| Fitting Part P-704-01 | Tool | Upchurch Scientific, Oak Harbor, WA, USA | To connect tubing to Luer-Lok Tip Syringes | |
| Syringe Pump (PHD 2000 Programmable) | Equipment | Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA | ||
| CCD Camera (PCO 1600) | Equipment | Cooke, Romulus, MI, USA |
References
- Azam, F., Malfatti, F. Microbial structuring of marine ecosystems. Nature Reviews Microbiology. 5, 782-791 (2007).
- Blackburn, N., Azam, F., Hagstrom, A. Spatially explicit simulations of a microbial food web. . Limnology and Oceanography. 42, 613-622 (1997).
- Blackburn, N., Fenchel, T., Mitchell, J. G. Microscale nutrient patches in plankton habitats shown by chemotactic bacteria. Science. 282, 2254-2256 (1998).
- Keymer, J. E., Galajda, P., Muldoon, C., Park, S., Austin, R. H. Bacterial metapopulations in nanofabricated landscapes. Proceedings of the National Academy of Science. 103, 17290-17295 (2006).
- Mao, H., Cremer, P. S., Manson, M. D. A sensitive, versatile microfluidic assay for bacterial chemotaxis. Proceedings of the National Academy of Science. 100, 5449-5454 (2003).
- Marcos, R., Stocker, Microorganisms in vortices: a microfluidic setup. Limnology and Oceanography: Methods. 4, 392-398 (2006).
- Park, S., Wolanin, P. M., Yuzbahyan, E. A., Lin, H., Darnton, N. C., Stock, J. B., Silberzan, P., Austin, R. Influence of topology on bacterial social interaction. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100, 13910-13915 (2003).
- Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. Soft lithography in biology and biochemistry. Annual Review of Biomedical Engineering. 3, 335-373 (2001).
