新型顯微鏡技術實現對細菌「躺姿」的觀測

浮游狀態的細菌粘附到表面是細菌生物被膜形成的第一步，而生物被膜的形成會導致致病菌介導的院內感染易反覆且難以清除。因此，在細菌粘附到表面後，研究細菌的表面行為以及之間的聯繫有助於我們更全面、系統地了解生物被膜的形成機制和感染致病策略，並且可以為治療細菌感染相關的臨床治療提供指導。

雖然細菌在表面上的表型和行為已經有了諸多的研究和報道，例如細菌的蹭行運動、表面感知的信號調節等，但受限於傳統光學顯微鏡技術的限制，我們至今無法通過相關技術觀察到細菌粘附在表面時的「躺姿」。例如，銅綠假單胞菌 (Pseudomonas aeruginosa，PA)是一種桿狀的致病菌，它是用整個身體的一面「平躺」在表面上的，還是通過一個或幾個接觸點支撐著「點躺」在表面上的？如果是後者，那身體的其它部位相對與接觸點的具體距離又是多少呢？而且細菌離表面的距離與細菌的其它行為有關聯么？這些都引發了科學家的好奇和探索。

鑒於對以上問題的疑問，中國科學院深圳先進技術研究院金帆課題組自主研發了一台暗場全內反射顯微鏡(p-TIRDFM)，p-TIRDFM依靠消逝波遠離表面時的指數衰減特性可以敏感地檢測到距離變化。研究者將p-TIRDFM成像技術與微流控技術結合，成功地觀察到了銅綠假單胞菌粘附到表面後的「躺姿」：細菌初始粘附到表面是採用身體中部的一個接觸點「點躺」在表面上的，而身體的兩個極端部位有相對於接觸點200 nm的距離；伴隨著細菌在表面上分裂，細菌的單個接觸點也會逐漸地分離並最終分裂成兩個，以分配給自己的兩個子代（如下圖所示）。研究者通過進一步的定量分析首次建立了細菌離表面的距離與蹭行運動的關係：蹭行運動快的細菌，其離表面的距離相對較遠，並且波動很大，而運動慢的細菌其距離則較近，並且波動小。此項研究結果不僅提供了用p-TIRDFM研究細菌表面行為的範例，也加深了我們理解生物被膜形成過程中細菌不同表面行為之間的聯繫。

該成果近期以「Imaging the Separation Distance between the Attached Bacterial Cells and the Surface with a Total Internal Reflection Dark-Field Microscope」為題發表於國際學術期刊Langmuir上（10.1021/acs.langmuir.9b01378）。該研究得到了中國自然科學基金和中國中央高校基礎研究經費的支持。

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