Elektron mikroskobu (SEM) tarama morfolojik analiz için kimyasal kurutma kullanarak prokaryotik ve ökaryotik organizmaların hazırlanması
Summary
SEM analiz tür kimlik ya da fenotipik ayrımcılık yardım etmek için etkili bir yöntemdir. Bu iletişim kuralı organizmalar üç temsilcisi tür özel morfolojik detayları inceleyerek yöntemlerini açıklar ve birçok organizma özelliklerinin incelenmesi için genel olarak geçerli olacaktır ve doku türleri.
Abstract
Elektron mikroskobu (SEM) tarama biyolojik örnekler bireysel proteinler hücre, doku, organelleri ve hatta bütün organizmalar için arasında değişen çalışma uygulanan yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Bu protokol iki kimyasal kurutma yöntemi, hexamethyldisilazane (HMDS) ve t-butil alkol (TBA) ve görüntüleme için uygulama prokaryotik ve ökaryotik organizmaların SEM kullanarak odaklanmaktadır Bu makalede, biz tamir, yıkama, kurutmak, Kuru, mount, ceket şaplatın ve organizmalar üç tür görüntü açıklanmıştır: Siyanobakteriler (Toxifilum mysidocida, Golenkina sp. ve bilinmeyen bir sp.), cins Monomorphina gelen iki euglenoids (M. aenigmatica ve M. pseudopyrum) ve meyve sineği (Drosophila melanogaster). Bu iletişim kuralının amacını yapısı, boyut ve geniş organizmalar için geniş bir ürün yelpazesi uygulanabilir örneklerin yüzey özellikleri hakkında ayrıntılı bilgi edinmek için hızlı, ucuz ve basit bir yöntem tarif etmektir morfolojik değerlendirme. Bu iletişim kuralı başarıyla tamamlanması diğerleri sistemlerine bu teknikleri uygulayarak örnekleri görselleştirmek için SEM kullanmak izin verir.
Introduction
Taramalı elektron mikroskobu (SEM) yüksek enerjili elektronların odaklanmış ışın demeti ikincil elektron Morfoloji ve örnek1topografya gösteren bir görüntü oluşturmak için kullanır. SEM doğrudan bir örnek, yüzey yapısı ve üç boyutlu şekil ve teklifler daha fazla çözünürlüğünü fiziksel boyutunu ve daha büyük ışık mikroskobu ile karşılaştırıldığında alan derinliğini belirlemek için kullanılabilir. Elektron mikroskobu (EM) başka bir formu, iç yapısının ince detayları ile görüntüleri oluşturma örneği üzerinden geçmek odaklı elektron transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullanır. TEM ışık veya SEM daha daha yüksek çözünürlüğe sahip ve yapıları tek atomları küçük çözümlemek için kullanılan iken, üç önemli dezavantajları vardır: geniş numune hazırlama, küçük bir görüş alanı ve sığ derinliği alanı2,3. Diğer görüntülenir, ancak belirli hücreleri, organelleri veya doku4,5,6,7,8,9, incelemek için SEM kullanarak protokoller bulunmaktadır 10 , biz geniş organizmalar morfolojik değerlendirmesi için geniş bir ürün yelpazesi uygulanabilir yöntemleri tarif bu protokolü benzersizdir.
SEM nano tanecikleri11,12, polimerler13ve çok sayıda uygulama jeolojik, endüstriyel ve Malzeme Bilimleri14‘ te, gibi inorganik maddeler incelenmesi için geniş uygulamalar buldu 15,16. Biyolojide, SEM uzun bireysel proteinler bütün organizmalar17,–18arasında değişen biyolojik örnekleri inceleyerek bir yöntem olarak kullanılmıştır. Morfolojik yüzey detayları bilimsel keşif bilgilendirmek için kullanılabilir çünkü SEM belirli değeri var. SEM çözümleme yapısı, boyut ve biyolojik örnekleri geniş bir yüzey özellikleri hakkında ayrıntılı bilgi edinmek için hızlı, ucuz ve basit bir yöntemdir.
Bir SEM normalde tutarlı bir yüksek hızlı elektron huzmesi desteklemek için yüksek vakum altında (10-6 Torr en az) çalıştığından, hiçbir sıvı (su, yağlar, alkoller) gibi sıvılar bir vakum önleyebilirsiniz örnek odasında izin verilir. Böylece, tüm örnekleri SEM kullanarak muayene, genellikle etanol kaldırmak için bir kurutma işlemi tarafından izlenen bir kademeli etanol serisi kullanan susuz gerekir. Biyolojik dokuların kullanılmak üzere hava kurutma, lyophilization, kritik nokta kurutma (GBM) aygıt veya t-butil alkol (TBA) veya hexamethyldisilazane (HMDS)19, kullanarak kurutma kimyasal kullanımı da dahil olmak üzere SEM, kurutma birkaç yöntem vardır 20 , 21 , 22. biyolojik her örnek farklı kurutma her yönteme tepki bu yana çoğu zaman, bir kurutma yöntemi ampirik seçimdir. Avantajları ve dezavantajları karşılaştırarak uygun yöntem seçiminde yararlı bu yüzden herhangi bir verilen örnek için tüm bu yöntemlerin uygun olabilir.
Oda sıcaklığında veya kurutma fırın (60 ° C) bir örnek kurutma hava en basit yöntem olmakla birlikte, çoğu biyolojik örnekler kuruyup gibi kurutma-indüklenen zarar göster ve daraltmak, numune bozulma sonucu. Lyophilization süreci aynı zamanda su (veya buz) bir örnek kaldırır ama flaş dondurulmuş olmak örnekleri gerektirir ve vakum altında buz üzerinden kaldırmak için örnek zararlı süblimasyon, işlemi yerleştirilen. Buna ek olarak, Kullanıcı bir lyophilizer erişimi olmalıdır. Örnekleri SEM için dehydrating en sık kullanılan kritik noktası (GBM) kurutma yöntemidir. CPD içinde örnek bir etanol ile sıvı karbondioksit (CO2) ve belirli sıcaklık ve basınç koşulları kritik nokta (31,1 ° C ve 1,073 psi), CO2 yüzey gerilimi, böylece oluşturmadan buharlaştırır olarak bilinen altında değiştirilir etkili bir şekilde örnek morfolojik ve yapısal özelliklerini koruyarak. CPD genellikle standart yöntem olmakla birlikte, birçok sakıncaları vardır. İlk olarak, süreci önemli olan sadece pahalı değil ama aynı zamanda sıvı karbondioksit kullanımı gerektirir noktası kurutma makinesi, erişim gerektirir. İkinci olarak, kurutulmuş örnek boyutu kurutma makinesi kritik nokta Oda boyutu sınırlıdır. Üçüncü olarak, CPD sırasında sıvı alışverişi örnek zarar verebilir türbülans neden olabilir.
Kimyasal kurutma CPD birçok avantaj sunar ve yaygın SEM örnek hazırlanmasında kullanılır hale uygun bir alternatif olarak hizmet vermektedir. TBA ve HMDS gibi kimyasal dehydrants kullanımı hala örnek yapısal bütünlüğünü koruyarak diğer yöntemleri için hızlı, ucuz ve basit bir alternatif sunmaktadır. Biz son zamanlarda doku veya CPD veya TBA yetişkin Drosophila Retina doku23yılında kurutma yöntemi olarak kullanırken yakalanan son görüntü kalitesini bütünlüğünü hiçbir fark olduğunu gösterdi. CPD, aksine TBA ve HMDS kurutma bir enstrüman veya sıvı CO2 gerekmez ve kurutulmuş için örnek boyutu sınır yoktur. Kimyasallar alma ek olarak, yalnızca standart kimyasal duman hood ve uygun kişisel koruyucu ekipman (eldiven, önlük ve koruyucu gözlük) kurutma işlemi tamamlamak için gereklidir. TBA ve HMDS yanıcı olmakla birlikte, daha ucuz ve daha az toksik TBA (yaklaşık 1/3 HMDS maliyetini) HMDS daha.
Bu makalede, biz tamir, yıkama, kurutmak, Kuru, mount, ceket şaplatın ve organizmalar üç tür görüntü açıklanmıştır: Siyanobakteriler (Toxifilum mysidocida, Golenkina sp. ve bilinmeyen bir sp.), cins Monomorphina gelen iki euglenoids (M. aenigmatica ve M. pseudopyrum) ve meyve sineği (Drosophila melanogaster). Bu organizmaların boyutu (4 mm için 0.5 µm) ve hücresel çeşitlilik (tek için çok hücreli hücreli) geniş bir temsil, henüz tüm numune hazırlama için gerekli sadece küçük farklılıklar nedeniyle kolayca SEM analiz için mükellef bulunmaktadır. Bu iletişim kuralı organizmalar üç tür morfolojik ayrıntıları incelemek için kimyasal su kaybı ve SEM çözümlemesi kullanarak yöntemlerini açıklar ve birçok organizma incelenmesi için genel olarak geçerli olacaktır ve doku türleri.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada biz SEM diğer birçok türde organizmalar veya doku özelliklerini incelemek için uygulayabileceğiniz organizmalar üç tür dış morfolojik özellikleri hakkında ayrıntılı bilgi edinmek için bir iletişim kuralı’nı nitelendirdi. Her adımda Protokolü’nün, noktalarıdır potansiyel hata ortaya çıkabilir ve aşağıda ayrıntılarıyla ele alınmıştır.
Genel olarak bu birim için sabitleştirici ve burada verilen yıkar belirli olmakla birlikte, sabitleştirici ve yıka…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser MLS ve bir yaz bilim adamı Ödülü için bir hibe MAK için Office araştırma ve Central Michigan Üniversitesi’nde yüksek lisans çalışmaları finanse edildi. Siyanobakteriler kıyı çalışmaları, Texas A & M Üniversitesi’nde Corpus Christi için Zimba ve plankton lab, merkezi parçası tarafından temin edildi. Euglenoids Triemer lab, Michigan State University tarafından temin edildi.
Materials
| gold–palladium | Ted Pella, Inc. | 91212 | |
| Silver conductive adhesive 503 | Electron Microscopy Sciences | 12686-15 | |
| Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes; diam. 25 mm, pore size 8 μm, polycarbonate | Sigma | WHA110614 | |
| Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes; diam. 25 mm, pore size 0.8 μm, polycarbonate, black | Sigma | WHA110659 | |
| Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes; diam. 25 mm, pore size 0.2 μm, polycarbonate | Sigma | WHA110606 | |
| aluminum weighing dish | Fisher Scientific | 08-732-100 | |
| aluminum mounting stubs (12 mm) | Electron Microscopy Sciences | 75210 | |
| aluminum mounting stubs (25 mm) | Electron Microscopy Sciences | 75186 | |
| Adhesive tabs | Electron Microscopy Sciences | 76760 | |
| conductive carbon adhesive tabs | Electron Microscopy Sciences | 77825 | |
| F/2 media | Culture Collection of Algae at the University of Texas at Austin | https://utex.org/products/f_2-medium | No Catalog number given – see link |
| AF6 media | Bigelow – National Center for Marin Algae and Microbiota | https://ncma.bigelow.org/media/wysiwyg/Algal_recipes/NCMA_algal_medium_AF6_1.pdf | No Catalog number given – see link |
| Soil water medium | Carolina Biological Supply Company | 153785 | |
| Polyethylene glycol tert-octylphenyl ether (Triton X-100) | VWR | 97062-208 | |
| Hummer 6.2 Sputter Coater | Anatech USA | http://www.anatechusa.com/hummer-sputter-systems/4 | No Catalog number given – see link |
| Hitachi 3400N-II SEM | Hitachi | https://www.hitachi-hightech.com/us/product_list/?ld=sms2&md=sms2-1&sd=sms2-1-2&gclid=EAIaIQobChMIpq_jtJfj3AIVS7jACh2mdgkPEAAYASAAEgKAnfD_BwE | The company doesn't appear to sell this model any longer |
References
- Bozzola, J. J., Russell, L. D. . Electron microscopy, principles and techniques for biologists. , (1999).
- Goldstein, J., et al. . Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. , (2003).
- Egerton, R. F. . Physical principles of electron microscopy: an introduction to TEM, SEM, and AEM. , (2005).
- Mukherjee, K., et al. Analysis of Brain Mitochondria Using Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy. Journal of visualized experiments. (113), (2016).
- Bello, M. A., Ruiz-Leon, Y., Sandoval-Sierra, J. V., Rezinciuc, S., Dieguez-Uribeondo, J. Scanning Electron Microscopy (SEM) Protocols for Problematic Plant, Oomycete, and Fungal Samples. Journal of visualized experiments. (120), (2017).
- Ramirez-Esquivel, F., Ribi, W. A., Narendra, A. Techniques for Investigating the Anatomy of the Ant Visual System. Journal of visualized experiments. (129), (2017).
- Endres, B., et al. A Protocol to Characterize the Morphological Changes of Clostridium difficile in Response to Antibiotic Treatment. Journal of visualized experiments. (123), (2017).
- Chan, V. B., et al. Characterization of Calcification Events Using Live Optical and Electron Microscopy Techniques in a Marine Tubeworm. Journal of visualized experiments. (120), (2017).
- Miquel Guennoc, ., C, , et al. A New Method for Qualitative Multi-scale Analysis of Bacterial Biofilms on Filamentous Fungal Colonies Using Confocal and Electron Microscopy. Journal of visualized experiments. (119), (2017).
- Bucher, T., Kartvelishvily, E., Kolodkin-Gal, I. Methodologies for Studying B. subtilis Biofilms as a Model for Characterizing Small Molecule Biofilm Inhibitors. Journal of visualized experiments. (116), (2016).
- Thompson, Z. S., Rijal, N. P., Jarvis, D., Edwards, A., Bhattarai, N. Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering. Journal of visualized experiments. (108), e53381 (2016).
- Ponce, A., Mejia-Rosales, S., Jose-Yacaman, M. Scanning transmission electron microscopy methods for the analysis of nanoparticles. Methods in Molecular Biology. , 453-471 (2012).
- Wang, X. S., Tang, H. P., Li, X. D., Hua, X. Investigations on the mechanical properties of conducting polymer coating-substrate structures and their influencing factors. International Journal of Molecular Sciences. 10 (12), 5257-5284 (2009).
- Hortola, P. SEM examination of human erythrocytes in uncoated bloodstains on stone: use of conventional as environmental-like SEM in a soft biological tissue (and hard inorganic material). Journal of Microscopy. 218 (Pt 2), 94-103 (2005).
- Joy, D. C. Scanning electron microscopy for materials characterization. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2 (4), 465-468 (1997).
- Tsikouras, B., Pe-Piper, G., Piper, D. J. W., Schaffer, M. Varietal heavy mineral analysis of sediment provenance, Lower Cretaceous Scotian Basin, eastern Canada. Sedimentary Geology. 237 (3-4), 150-165 (2011).
- Goldberg, M. W., Fiserova, J. Immunogold Labeling for Scanning Electron Microscopy. Methods in Molecular Biology. 1474, 309-325 (2016).
- Hall, D. H., Hartwieg, E., Nguyen, K. C. Modern electron microscopy methods for C. elegans. Methods in Cell Biology. 107, 93-149 (2012).
- Heegaard, S., Jensen, O. A., Prause, J. U. Hexamethyldisilazane in preparation of retinal tissue for scanning electron microscopy. Ophthalmic Research. 18 (4), 203-208 (1986).
- Nation, J. L. A new method using hexamethyldisilazane for preparation of soft insect tissues for scanning electron microscopy. Stain Technology. 58 (6), 347-351 (1983).
- Wolff, T. . Preparation of Drosophila eye specimens for scanning electron microscopy. 2011 (11), 1383-1385 (2011).
- Fischer, E. R., Hansen, B. T., Nair, V., Hoyt, F. H., Dorward, D. W. Scanning electron microscopy. Current Protocols in Microbiology. , (2012).
- Trotter, M. B., Stephens, T. D., McGrath, J. P., Steinhilb, M. L. The Drosophila model system to study tau action. Methods in Cell Biology. 141, 259-286 (2017).
- Guillard, R. R., Ryther, J. H. Studies of marine planktonic diatoms. I. Cyclotella nana Hustedt, and Detonula confervacea (cleve) Gran. Canadian Journal of Microbiology. 8, 229-239 (1962).
- Guillard, R. R. L. . Culture of Marine Invertebrate Animals. , (1975).
- Watanabe, M. M., Kawachi, M., Hiroki, M., Kasai, F. . National Institute for Environmental Studies. , 159 (1997).
- Inoue, T., Osatake, H. A new drying method of biological specimens for scanning electron microscopy: the t-butyl alcohol freeze-drying method. Archives of Histology and Cytology. 51 (1), 53-59 (1988).
- Zurawell, R. W., Chen, H., Burke, J. M., Prepas, E. E. Hepatotoxic cyanobacteria: a review of the biological importance of microcystins in freshwater environments. Journal of Toxicology and Environmental Health. Part B, Critical Reviews. 8 (1), 1-37 (2005).
- Berman-Frank, I., Lundgren, P., Falkowski, P. Nitrogen fixation and photosynthetic oxygen evolution in cyanobacteria. Research in Microbiology. 154 (3), 157-164 (2003).
- Silva Rocha, B., Carneiro, F. M. How many species of Cyanobacteria are there? Using a discovery curve to predict the species number. Biodiversity and Conservation. (22), 2907-2918 (2013).
- Robins, R. J., Hall, D. O., Shi, D. J., Turner, R. J., Rhodes, M. J. C. Mucilage acts to adhere cyanobacteria and cultured plant cells to biological and inert surfaces. FEMS Microbiology Letters. (34), 155-160 (1986).
- Diestra, E., et al. Characterization of an oil-degrading Microcoleus consortium by means of confocal scanning microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Scanning. 27 (4), 176-180 (2005).
- Komárek, J. Modern taxonomic revision of planktic nostocacean cyanobacteria: a short review of genera. Hydrobiologia. 639 (639), 231-243 (2010).
- Leander, B. S., Farmer, M. A. Comparative morphology of the euglenid pellicle. I. Patterns of strips and pores. The Journal of Eukaryotic Microbiology. 47 (5), 469-479 (2000).
- Leander, B. S., Farmer, M. A. Comparative morphology of the euglenid pellicle. II. Diversity of strip substructure. The Journal of Eukaryotic Microbiology. 48 (2), 202-217 (2001).
- Leander, B. S., Witek, R. P., Farmer, M. A. Trends in the evolution of the euglenid pellicle. Evolution. 55 (11), 2215-2235 (2001).
- Shulman, J. M., Feany, M. B. Genetic modifiers of tauopathy in Drosophila. 유전학. 165 (3), 1233-1242 (2003).
- Reinecke, J. B., et al. Implicating calpain in tau-mediated toxicity in vivo. PLoS One. 6 (8), e23865 (2011).
