Chemotaktische Reaktion der marinen Mikroorganismen zu Micro-Scale Nutrient Layers
Summary
Die Herstellung von mikrofluidischen Kanälen und deren Umsetzung in Experimenten zur Untersuchung der chemotaktischen Jagdverhalten von marinen Mikroben innerhalb eines lückenhaft Nährstoff seascape und das Schwimmverhalten der Bakterien innerhalb Scherströmung beschrieben sind.
Abstract
Der Grad der planktonischen Mikroben mikroskaligen Ressource Patches nutzen können, haben erhebliche Auswirkungen auf ozeanischen trophodynamics und biogeochemischen Fluss. Doch die Vorteile der Nährstoff-Patches in den Ozean, Schwimmen Mikroben müssen die Einflüsse der physischen Kräfte, einschließlich der molekularen Diffusion und turbulente Scherung, die die Verfügbarkeit von Patches und die Fähigkeit der Bakterien, um sie ausfindig zu begrenzen überwinden. Bis vor kurzem haben methodische Einschränkungen direkten Untersuchungen der mikrobiellen Verhalten innerhalb lückenhaft Lebensräume und realistische kleinen Strömungsverhältnisse ausgeschlossen. Daher hat viel von unseren derzeitigen Kenntnissen in Bezug auf mikrobielle Verhalten in den Ozean von den theoretischen Vorhersagen wurden beschafft. Um neue Informationen über mikrobielle Jagdverhalten in den Ozean wir weichen lithographischen Herstellungstechniken angewendet haben bis 2 mikrofluidischen Systemen, die wir zur Erstellung haben (i) mikroskaligen Nährstoff-Patches mit den Abmessungen und diffusive relevanten Eigenschaften ozeanischer Prozesse und (ii) mikroskaligen entwickeln zu erhalten Wirbel mit Scherraten entsprechend denen in den Ozean erwartet. Diese mikrofluidischen Bauteilen haben eine erste direkte Untersuchung der mikrobiellen Schwimmen und chemotaktische Verhalten innerhalb einer heterogenen und dynamischen seascape gestattet. Der kombinierte Einsatz von Epifluoreszenz und Phasenkontrast-Mikroskopie erlauben den direkten Untersuchungen der physikalischen Abmessungen und diffusive Eigenschaften der Nährstoff-Patches, unter Beachtung der Bevölkerung Ebene aggregative Reaktion, zusätzlich zu den Swimming-Verhalten der einzelnen Mikroben. Diese Experimente haben gezeigt, dass einige Arten von Phytoplankton, heterotrophen Bakterien und phagotrophic Protisten geschickt im Auffinden und die Nutzung diffundierende mikroskaligen Ressource Patches innerhalb sehr kurzer Fristen sind. Wir haben auch gezeigt, dass bis zu Schergeschwindigkeiten moderate sind marinen Bakterien in der Lage, den Fluss und schwimmen durch ihre Umwelt aus eigenem Antrieb zu kämpfen. Doch jenseits einer Schwelle hohe Scher-Ebene, sind die Bakterien in der Scherströmung ausgerichtet sind und weniger in der Lage zu schwimmen, ohne Störung durch den Fluss. Mikrofluidik steht für ein neuartiges und kostengünstigen Ansatz für die Untersuchung aquatischer mikrobielle Ökologie, und aufgrund ihrer Eignung für die genaue realistische Strömungsfelder und Substratgradienten im Mikrobereich, ist ideal für Untersuchungen der mikrobiellen Verhalten bei der kleinsten Skalen der Interaktion. Wir schlagen daher vor, dass Mikrofluidik ein wertvolles Instrument für die Erlangung eines besseren Verständnisses der Ökologie von Mikroorganismen im Meer darstellt.
Protocol
Discussion
Ein Verständnis davon, wie marine Mikroben Interaktion mit den lokalen chemischen und physikalischen Umwelt ist für eine vollständige und genaue Wahrnehmung der Rolle der planktonischen Mikroorganismen in den Ozeanen Nährstoff-und Kohlenstoff-Zyklen (Azam und Malfatti 2007) unbedingt erforderlich. Aufgrund der kleinen Skalen (<mm), über die viele wichtige mikrobielle Interaktionen stattfinden, technischen Einschränkungen haben detaillierte Untersuchungen der mikrobiellen Verhalten innerhalb der heterogenen bio-physikalisch-chemisch…
Acknowledgements
Wir möchten Microsystems Technology Laboratories am MIT für die Erlaubnis, Film Teil dieses Video in den Reinraum zu danken.
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).
