Chemotactische respons van mariene micro-organismen aan Micro-Scale voedingsstoffen Lagen
Summary
De fabricage van microfluïdische kanalen en de uitvoering daarvan in experimenten voor het bestuderen van de chemotactische foerageergedrag van mariene microben in een fragmentarische voedingsstof zeegezicht en het zwemgedrag van de bacteriën in shear stroming worden beschreven.
Abstract
De mate waarin planktonische micro-organismen kunnen exploiteren microschaal bron patches zullen aanzienlijke gevolgen hebben voor oceanische trophodynamics en biogeochemische flux. Echter, om te profiteren van voedingsstoffen plekken in de oceaan, zwemmen microben moeten de invloeden van de fysieke krachten waaronder moleculaire diffusie en turbulente shear, die de beschikbaarheid van patches en het vermogen van bacteriën om ze op te sporen zullen beperken overwinnen. Tot voor kort waren de methodologische beperkingen uitgesloten direct onderzoeken van de microbiële gedrag binnen fragmentarisch habitats en realistische kleinschalige stromingscondities. Vandaar, heeft veel van onze huidige kennis over het gedrag van micro-organismen in de oceaan is verkregen van de theoretische voorspellingen. Om nieuwe informatie op de microbiële foerageergedrag te verkrijgen in de oceaan we hebben toegepast zachte lithografische fabricagetechnieken tot en met 2 microfluïdische apparaten, die we hebben gebruikt voor het maken (i) microschaal voedingsstoffen patches met afmetingen en diffusieve eigenschappen die relevant zijn voor oceanische processen en (ii) microschaal te ontwikkelen draaikolken, met afschuifsnelheden die overeenkomen met de verwachting in de oceaan. Deze microfluïdische apparaten hebben toegestaan een eerste directe onderzoek van microbiële zwemmen en chemotactische gedrag binnen een heterogene en dynamische zeegezicht. Het gecombineerde gebruik van epifluorescentie-en fase-contrast-microscopie mogelijk direct onderzoeken van de fysieke afmetingen en diffusieve kenmerken van voedingsstoffen patches, met inachtneming van de populatie-niveau aggregatieve respons, in aanvulling op het zwembad gedrag van individuele microben. Deze experimenten is gebleken dat sommige soorten fytoplankton, heterotrofe bacteriën en phagotrophic protisten zijn bedreven in het opsporen en de exploitatie van verspreiden microschaal bron vlekken binnen zeer korte tijd frames. We hebben ook aangetoond dat tot afschuifsnelheden matig, mariene bacteriën zijn in staat om de stroming en zwemmen door hun omgeving te vechten op hun eigen beweging. Echter, boven een drempel hoge afschuiving niveau, zijn bacteriën uitgelijnd in de afschuiving stroom en zijn minder in staat om te zwemmen zonder verstoring van de stroom. Microfluidics is een nieuwe en goedkope aanpak voor het bestuderen van levende microbiële ecologie, en door zijn geschiktheid om nauwkeurig het creëren van realistische stroming velden en substraat gradiënten op de microschaal, is ideaal voor de examens van microbieel gedrag op de kleinste schalen van interactie. Wij stellen daarom voor dat microfluidics een waardevol instrument voor het verkrijgen van een beter begrip van de ecologie van micro-organismen in de oceaan vertegenwoordigt.
Protocol
Discussion
Een inzicht in hoe mariene microben interactie met hun lokale chemische en fysieke omgeving is noodzakelijk voor een meer volledige en nauwkeurige perceptie van de rol van de planktonische micro-organismen in de oceanen voedingsstoffen en koolstof cycli (Azam en Malfatti 2007). Echter, vanwege de kleine schaal (<mm) waarover veel belangrijke microbiële interacties plaatsvinden, technische beperkingen hebben verhinderd gedetailleerd onderzoek van microbiële gedrag binnen de heterogene bio-fysisch-chemische landschap voorspeld worden erv…
Acknowledgements
We willen graag Microsystems Technology Laboratories bij MIT bedanken voor het toestaan van ons om film deel uit van deze video in de clean room faciliteit.
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).
