マイクロスケール栄養層への海洋微生物の走化性応答
Summary
マイクロ流体チャネルおよび斑状の栄養の海の風景とせん断流内細菌の遊泳行動の中で海洋微生物の化学走性採食行動を研究するための実験で、その実装の製造が記載されている。
Abstract
浮遊微生物は、マイクロリソースのパッチを利用できる程度は、海洋trophodynamicsと生物地球化学的フラックスにかなりの影響を持つことになります。しかし、海洋における栄養のパッチを利用するために、水泳の微生物は、パッチの可用性と、それらを検索する細菌の能力を制限する分子拡散と乱流せん断、を含む物理的な力の影響を克服する必要があります。最近まで、方法論的限界は、斑状の生息地と現実的な小さなスケールの流れの条件の中で微生物の挙動の直接検査を排除している。したがって、はるかに海の微生物の挙動に関する我々の現在の知識の多くは、理論的な予測から調達されています。我々は海洋プロセスに関連する寸法と拡散性の特性を持つ我々が作成するために使用されている2マイクロ流体デバイスは、（i）マイクロ栄養素のパッチを開発するためのソフトリソグラフィ加工技術を適用している海の微生物の餌行動に新しい情報を取得するには、および（ii）マイクロスケール海で予想されるものに相当するせん断速度と渦、。これらのマイクロ流体デバイスは、異種と動的な海の風景の中の微生物水泳と走化性行動の最初の直接検査を認めている。個々の微生物の遊泳行動に加えて、人口レベルの集合反応を観察しながら落射蛍光、位相差顕微鏡の併用は、物理的な寸法や栄養素のパッチの拡散特性の直接検査を可能にする。これらの実験は、植物プランクトン、従属栄養細菌とphagotrophic原生生物のいくつかの種が非常に短い時間枠内に拡散マイクロリソースのパッチを見つけて悪用することに熟達していることを明らかにした。我々はまた、せん断速度を緩和することを示している、海洋細菌は、自発的にその環境を経由して流れ、スイムを戦うことができます。しかし、しきい値高せん断レベルを超えて、細菌はせん断流れに整列し、フローからの外乱なし水泳の少ない能力がありますされています。マイクロフルイディクスは、水生微生物の生態を研究するための新規かつ安価なアプローチを表し、かつ正確にマイクロスケールでの現実的な流れ場と基板のグラデーションを作成するための適性のために、相互作用の最小スケールでの微生物の挙動の試験に理想的に適用可能です。そこで、マイクロフルイディクスは、海の微生物の生態の理解を得るための貴重なツールを表すことを示唆している。
Protocol
Discussion
海洋微生物は、その局所的な化学および物理的環境との対話方法を理解することは海洋の栄養と炭素循環（アザムとマルファッティ2007）におけるプランクトンの微生物の役割のより完全で正確な認識のために不可欠です。しかし、多くの重要な微生物の相互作用が行われる以上の小スケール（<MM）のために、技術的な限界は、異種生物物理化学的風景の中で微生物の挙動の詳細な検査を妨げている海で泳…
Acknowledgements
私たちは、クリーンルーム施設内のこのビデオのフィルムの部分に私たちを可能にするため、MITのマイクロ技術研究所に感謝したいと思います。
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).
