Resposta quimiotática de microorganismos marinhos para Micro-Escala de Camadas de nutrientes
Summary
A fabricação de canais microfluídicos ea sua aplicação em experimentos para estudar o comportamento de forrageamento quimiotática de micróbios marinhos de uma seascape irregular de nutrientes eo comportamento de natação de bactérias dentro do fluxo de cisalhamento são descritos.
Abstract
O grau em que os micróbios podem explorar planktonic manchas de recursos microescala terá implicações consideráveis para trophodynamics oceânicas e de fluxo biogeoquímicos. No entanto, para tirar proveito de patches de nutrientes no oceano, os micróbios natação deve superar as influências de forças físicas incluindo a difusão molecular e turbulenta de cisalhamento, o que limitará a disponibilidade de patches e a capacidade das bactérias para localizá-los. Até recentemente, as limitações metodológicas têm impedido exames direta do comportamento microbiano dentro de habitats irregular e condições realistas de pequena escala de fluxo. Assim, muito do nosso conhecimento atual em relação ao comportamento microbiano no oceano foi obtida a partir de previsões teóricas. Para obter novas informações sobre o comportamento de forrageamento microbiana no oceano temos aplicado suave técnicas de fabricação litográfica para desenvolver dois dispositivos microfluídicos, que temos usado para criar (i) micro nutrientes manchas com dimensões e características difusivos relevantes para processos oceânicos e (ii) microescala vórtices, com taxas de cisalhamento correspondente aos esperados no oceano. Estes dispositivos microfluídicos têm permitido um primeiro exame direto de natação microbiana e comportamento quimiotáticos dentro de um seascape heterogêneo e dinâmico. O uso combinado de epifluorescência e microscopia de contraste de fase permitem exames diretos das dimensões físicas e as características difusivo de patches de nutrientes, enquanto observa a resposta agregativa em nível de população, além do comportamento de natação de micróbios individuais. Esses experimentos revelaram que algumas espécies de fitoplâncton, bactérias heterotróficas e protistas phagotrophic são peritos em localizar e explorar difusão manchas de recursos microescala em prazos muito curtos. Também mostramos que até moderada taxas de cisalhamento, bactérias marinhas são capazes de lutar contra o fluxo e nadar através de seu ambiente de sua própria vontade. No entanto, além de um nível de cisalhamento alto limiar, bactérias estão alinhados no fluxo de cisalhamento e são menos capazes de nadar sem perturbação do fluxo. Microfluídica representa uma nova abordagem e barato para estudar a ecologia microbiana aquática, e devido a sua aptidão para a criação de campos de fluxo com precisão realista e gradientes de substrato em microescala, é idealmente aplicável aos exames de comportamento microbiana nas menores escalas de interação. Assim, sugerimos que a microfluídica representa uma valiosa ferramenta para a obtenção de uma melhor compreensão da ecologia de microrganismos no oceano.
Protocol
Discussion
Uma compreensão de como micróbios marinhos interagem com seus química local e ambiente físico é imprescindível para uma percepção mais completa e precisa do papel de microorganismos planctônicos na nutrientes e carbono oceanos ciclos (Azam e Malfatti 2007). No entanto, devido à pequena escala (mm <) sobre o qual muitas interações microbiana importante ter lugar, as limitações técnicas impediram exames detalhados do comportamento microbiano na paisagem bio-físico-químicas heterogêneas previsto para ser experimentado por …
Acknowledgements
Gostaríamos de agradecer Microsystems Technology Laboratories no MIT por nos permitir filme parte deste vídeo na instalação de sala limpa.
Materials
| Material Name | Tipo | 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 |
Referências
- 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).
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