תגובת Chemotactic של מיקרו אורגניזמים ימיים כדי Micro-Scale שכבות מזין
Summary
ייצור של ערוצי microfluidic ויישומן ניסויים לחקר התנהגות ליקוט chemotactic של חיידקים ימיים בתוך נוף ים מזין אחידה והתנהגות שחייה של חיידקים בתוך זרם גזירה מתוארים.
Abstract
המידה שבה planktonic חיידקים יכולים לנצל משאב טלאים microscale יהיו השלכות ניכרות trophodynamics האוקיאנית ושטף biogeochemical. עם זאת, כדי לנצל את תיקוני מזין בים, חיידקים שחייה להתגבר על ההשפעות של כוחות פיזיים כולל דיפוזיה מולקולרית גזירה סוערים, אשר יגבילו את הזמינות של טלאים ואת היכולת של חיידקים כדי לאתר אותם. עד לאחרונה, יש מגבלות מתודולוגיות בדיקות מנועה ישירה של התנהגות של חיידקים בתוך בתי גידול בלתי סדיר ומציאותי בקנה מידה קטן בתנאי זרימה. לפיכך, רוב הידע הנוכחי שלנו לגבי התנהגות של חיידקים בים כבר רכש מהתחזיות התיאורטיות לגביו. כדי להשיג מידע חדש על התנהגות שיחור מזון מיקרוביאלי באוקיינוס יישמנו רך טכניקות ייצור ליתוגרפיות לפתח 2 מכשירים microfluidic, אשר השתמשנו כדי ליצור (i) microscale טלאים מזין עם ממדים ומאפיינים diffusive רלוונטי תהליכים האוקיאנית (ii) microscale מערבולות, עם שיעורי גזירה המקביל לאלה צפוי בים. אלה מכשירים microfluidic התירו בדיקה הישירה הראשונה של השחייה חיידקים וההתנהגות chemotactic בתוך נוף ים הטרוגני ודינמי. השימוש בשילוב של epifluorescence והניגודיות מיקרוסקופיה שלב לאפשר בדיקות ישירה של ממדים פיזיים המאפיינים diffusive טלאים מזין, תוך שמירה על התגובה האוכלוסייה ברמה המצרפית, בנוסף להתנהגות שחייה של חיידקים בודדים. ניסויים אלה גילו כי כמה מינים של פיטופלנקטון, חיידקים heterotrophic ו הפרוטיסטים phagotrophic המיומנים באיתור וניצול לשדר טלאים משאב microscale בתוך מסגרות זמן קצר מאוד. הראינו גם כי עד מתונה בשיעורי גזירה, חיידקים ימיים המסוגלים להילחם זרימה לשחות דרך הסביבה שלהם מרצונם. עם זאת, מעבר לרמת סף גזירה גבוהה, חיידקים מיושרים בזרימת גזירה ומסוגלים פחות שחייה ללא הפרעה מן הזרם. מיקרופלואידיקה מייצג גישה חדשנית וזולה לחקר האקולוגיה של חיידקים ימיים, והן בשל התאמתה במדויק יצירת שדות זרימה מציאותי והדרגות המצע על microscale, הוא החלים באופן אידיאלי בדיקות של התנהגות חיידקים על המאזניים הקטן של אינטראקציה. לפיכך, אנו מציעים כי מיקרופלואידיקה מהווה כלי חשוב להשגת הבנה טובה יותר של האקולוגיה של מיקרואורגניזמים בים.
Protocol
Discussion
הבנה של האופן שבו חיידקים ימיים אינטראקציה עם כימיקל המקומית שלהם הסביבה הפיזית הכרחי עבור תפיסה מלאה ומדויקת יותר של התפקיד של מיקרואורגניזמים planktonic ב מזין האוקיינוסים ופחמן מחזורים (עזאם ו Malfatti 2007). עם זאת, בשל המאזניים קטן (מ"מ <) על אינטראקציות אשר רבים של חיידקים חשובים ?…
Acknowledgements
ברצוננו להודות מיקרוסיסטמס מעבדות טכנולוגיה ב-MIT עבור ומאפשר לנו חלק בסרט הווידאו הזה במתקן חדר נקי.
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).
