Risposta chemiotattica di microrganismi marini a livelli di nutrienti Micro-Scale
Summary
La realizzazione di canali di microfluidica e la loro attuazione in esperimenti per studiare il comportamento chemiotattica foraggiamento dei microbi marini all'interno di un paesaggio marino irregolare dei nutrienti e il comportamento di nuoto di batteri all'interno del flusso di taglio sono descritti.
Abstract
Il grado con cui i microbi planctonici possono sfruttare le patch risorsa microscala avrà notevoli implicazioni per trophodynamics oceaniche e flussi biogeochimici. Tuttavia, per sfruttare le patch nutrienti nell'oceano, microbi nuoto devono superare le influenze delle forze fisiche inclusa la diffusione molecolare e turbolenta di taglio, che limiterà la disponibilità di patch e la capacità dei batteri di individuarli. Fino a poco tempo, le limitazioni metodologiche hanno precluso esami diretta del comportamento microbica all'interno di habitat macchia di leopardo e realistico di piccole dimensioni condizioni di flusso. Quindi, gran parte delle nostre attuali conoscenze sul comportamento microbica negli oceani è stata ottenuta da previsioni teoriche. Per ottenere nuove informazioni sul comportamento alimentare microbica in mare abbiamo applicato morbido tecniche di fabbricazione litografica per sviluppare 2 dispositivi microfluidica, che abbiamo usato per creare (i) microscala patch nutrienti con dimensioni e caratteristiche diffusive rilevanti per i processi oceanici e (ii) microscala vortici, con tassi di taglio corrispondenti a quelle previste nel mare. Questi dispositivi microfluidici hanno permesso un primo esame diretto di nuoto microbica e del comportamento chemiotattici all'interno di un paesaggio marino eterogeneo e dinamico. L'uso combinato di epifluorescenza e microscopio a contrasto di fase permette esami diretta delle dimensioni fisiche e le caratteristiche diffusive di patch nutrienti, nel rispetto della popolazione risposta a livello aggregativo, in aggiunta al comportamento di nuoto di microbi individuali. Questi esperimenti hanno rivelato che alcune specie di fitoplancton, batteri e protisti eterotrofi phagotrophic sono abili a individuare e sfruttare le risorse microscala diffondere le patch in tempi molto brevi. Abbiamo inoltre dimostrato che fino a moderati tassi di taglio, batteri marini in grado di combattere il flusso e nuotare attraverso il loro ambiente a loro spontanea volontà. Tuttavia, al di là di un alto livello di soglia di taglio, i batteri sono allineati nel flusso di taglio e sono meno in grado di nuotare senza disturbi dal flusso. Microfluidica rappresenta un approccio nuovo e poco costoso per lo studio dell'ecologia microbica acquatica, e grazie alla sua idoneità con precisione la creazione di campi di flusso e gradienti di substrato realistico alla microscala, è perfettamente applicabile agli esami di comportamento microbica a scale più piccole di interazione. Pertanto suggeriamo che microfluidica rappresenta uno strumento prezioso per ottenere una migliore comprensione dell'ecologia della microrganismi nell'oceano.
Protocol
Discussion
La comprensione di come i microbi marini interagiscono con i loro chimica locale e l'ambiente fisico è fondamentale per una percezione più completa e precisa del ruolo dei microrganismi planctonici nel nutrienti oceani e cicli di carbonio (Azam e Malfatti 2007). Tuttavia, a causa delle piccole scaglie (mm <) su cui molte interazioni microbiche si svolgono, limitazioni tecniche hanno impedito esami dettagliata del comportamento microbica all'interno dell'eterogeneo bio-fisico-chimiche del paesaggio previsto per essere sperim…
Acknowledgements
Vorremmo ringraziare Microsystems Technology Laboratories al MIT per averci permesso di parte pellicola di questo video nella struttura camera pulita.
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
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