के लिए Micrometric जांच के दूरस्थ चुंबकीय Actuation<em> बगल में</emजीवाणु biofilm भौतिक गुणों की> 3 डी मैपिंग
Summary
यह पत्र एक जीवाणु biofilm और बगल में इंटरफेस पर सूक्ष्म जीवों द्वारा निर्मित परिसर में रहने वाले माल की स्थानीय यांत्रिक गुणों को मापने के लिए समर्पित चुंबकीय चिमटी के विकास में वरीयता प्राप्त चुंबकीय कणों के दूरस्थ actuation पर आधारित एक मूल कार्यप्रणाली को दर्शाता है.
Abstract
इंटरफेस पर बैक्टीरियल आसंजन और विकास तीन आयामी विषम संरचनाओं तथाकथित biofilms के गठन के लिए नेतृत्व. इन संरचनाओं में रहने वाली कोशिकाओं कोशिकी polymeric पदार्थों के एक नेटवर्क के द्वारा मध्यस्थता शारीरिक संबंधों से एक साथ आयोजित की जाती हैं. बैक्टीरिया biofilms कई मानव गतिविधियों को प्रभावित और उनके गुणों की समझ उनके विकास का एक बेहतर नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण है – रखरखाव या उन्मूलन – उनके प्रतिकूल या लाभदायक परिणाम के आधार पर. इस पत्र अब तक, केवल एक macroscopic और सजातीय सामग्री के नजरिए से जांच की, सीटू में किया गया था कि biofilm की स्थानीय भौतिक गुणों को मापने के लिए लक्ष्य एक उपन्यास पद्धति का वर्णन करता है. यहाँ वर्णित प्रयोग दूर से biofilm की संरचनात्मक गुणों के बिना परेशान प्रेरित किया जा सकता है कि स्थानीय जांच बीज के लिए एक से बढ़ biofilm में चुंबकीय कणों को शुरू करना शामिल है. समर्पित चुंबकीय चिमटी एच.डी. थेbiofilm में एम्बेडेड प्रत्येक कण पर एक परिभाषित बल डालती loped. सेटअप कण खींच अवधि के समय चूक छवियों की रिकॉर्डिंग सक्षम करने के लिए एक खुर्दबीन के मंच पर मुहिम शुरू की है. कण trajectories तो खींच अनुक्रम से निकाले जाते हैं और स्थानीय viscoelastic मापदंडों जिससे मापदंडों की 3 डी स्थानिक वितरण प्रदान करने, प्रत्येक कण विस्थापन की अवस्था से निकाली गई है. Biofilm यांत्रिक प्रोफाइल में अंतर्दृष्टि रहा वास्तु गुण और इन संरचनाओं के विशिष्ट जीव विज्ञान के बीच संबंधों को स्पष्ट करने के लिए biofilm नियंत्रण प्रयोजनों के लिए देखने के एक इंजीनियर के बिंदु से, लेकिन यह भी एक मौलिक दृष्टिकोण से आवश्यक है.
Introduction
बैक्टीरिया biofilms जैविक या कृत्रिम सतहों 1-3 से जुड़े बैक्टीरिया के समुदाय हैं. वे भवन 4,5 रक्षा करता है और स्थिर है कि polysaccharide युक्त बाह्य मैट्रिक्स के उत्पादन के साथ मिलकर एक आसंजन विकास तंत्र द्वारा के रूप में. इन biofilms सतहों के लिए अटक कोशिकाओं की बस निष्क्रिय assemblages नहीं कर रहे हैं, लेकिन संगठित और गतिशील जटिल जैविक प्रणालियों. बैक्टीरिया biofilm जीवन शैली के लिए planktonic से चले जाते हैं, जीन अभिव्यक्ति और सेल फिजियोलॉजी में परिवर्तन antimicrobials के लिए बढ़ा प्रतिरोध के रूप में भी मनाया जाता है और कई लगातार और पुराने संक्रमण 6 के मूल में किया जा रहा है प्रतिरक्षा सुरक्षा साधनों की मेजबानी कर रहे हैं. हालांकि, इन जीवित संरचनाओं का नियंत्रित विकास भी इस तरह के खतरनाक कचरे साइटों के जैविक उपचार, औद्योगिक पानी या contamin से मिट्टी और भूजल को बचाने के लिए जैव बाधाओं के गठन की जैव निस्पंदन के रूप में औद्योगिक और पर्यावरण अनुप्रयोगों के लिए अवसरों की पेशकशसमझना.
जीवन की biofilm तरह से करने के लिए विशिष्ट आणविक सुविधाओं को तेजी से वर्णित हैं जबकि, सामुदायिक विकास और दृढ़ता ड्राइविंग तंत्र अस्पष्ट रहते हैं. स्कैनिंग विद्युत रासायनिक या प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का उपयोग microscale माप पर हाल के अग्रिमों का उपयोग करना, इन रहने वाले संगठनों संरचनात्मक, रासायनिक और जैविक विविधता 7 काफी प्रदर्शन दिखाया गया है. फिर भी, अब तक, biofilm यांत्रिकी मुख्य रूप से macroscopically जांच की गई है. उदाहरण के लिए, biofilm स्ट्रीमर के अवलोकन के कारण द्रव प्रवाह की दर 8,9 में बदलाव के विरूपण, biofilm टुकड़े का अक्षीय संपीड़न अगर मध्यम से लिफ्ट या कवर तो 10,11, पर्यावरण से एकत्र biofilm की कतरनी और एक समानांतर को हस्तांतरित स्लाइड पर हो थाली rheometer 12,13, एक AFM ब्रैकट 14 या एक समर्पित माइकर से जुड़ी एक जीवाणु biofilm साथ एक गिलास मनका और लेपित का उपयोग परमाणु शक्ति स्पेक्ट्रोस्कोपीअलग biofilm टुकड़े 15,16 की तन्यता ताकत को मापने के लिए ocantilever विधि सामग्री 17 के viscoelastic प्रकृति पर उपयोगी जानकारी प्रदान करने, दस पिछले वर्षों के दौरान लागू किया गया है. हालांकि, यह सामग्री अक्सर इन तरीकों में मामला था जो अपने मूल पर्यावरण, से निकाल दिया जाता है जब सीटू biofilm यांत्रिक गुणों में बारे में जानकारी खो दिया है कि संभावना लगती है. इसके अलावा, एक सजातीय सामग्री के रूप में biofilm के उपचार समुदाय के भीतर भौतिक गुणों के संभावित विविधता के बारे में जानकारी का अभाव है. इसलिए, संरचना biofilm गठन में यांत्रिकी और इस तरह के जीन अभिव्यक्ति patterning या रासायनिक ढ़ाल के रूप में जैविक तत्वों के सटीक निहितार्थ शायद ही पहचाना जा सकता है. Biofilm भौतिक गुणों की एक microscale विवरण की दिशा में प्रगति करने के लिए, नई समर्पित उपकरण की आवश्यकता है.
इस पत्र को प्राप्त करने की कल्पना की एक मूल दृष्टिकोण विवरणbiofilm परेशान और microscale गुण सामग्री के स्थानिक वितरण की ड्राइंग और फिर यांत्रिक विविधता सक्षम किए बिना बगल में स्थानीय यांत्रिक मापदंडों की माप. प्रयोग के सिद्धांत परिपक्व biofilm में चुंबकीय चिमटी का उपयोग कर अपने दूरस्थ लोड हो रहा द्वारा पीछा चुंबकीय microparticles के साथ एक से बढ़ biofilm की डोपिंग पर टिकी हुई है. खुर्दबीन के नीचे imaged नियंत्रित चुंबकीय शक्ति आवेदन के तहत कण विस्थापन स्थानीय viscoelastic पैरामीटर व्युत्पत्ति, अपनी ही स्थानीय पर्यावरण रिपोर्टिंग प्रत्येक कण में सक्षम बनाता है. इन आंकड़ों से, biofilm की 3 डी मैकेनिकल प्रोफाइल स्थानिक और पर्यावरण हालत dependences खुलासा खींचा जा सकता है. पूरे प्रयोग एक ई. पर यहाँ दिखाया जाएगा एक derepressed एफ की तरह प्लाज्मिड ले जाने के एक अनुवांशिक इंजीनियर तनाव द्वारा किए गए कोलाई biofilm. हाल ही में एक कागज 18 में विस्तृत परिणाम बरकरार biofilm यांत्रिकी के इंटीरियर का एक अद्वितीय दृष्टि प्रदान करते हैं.
Protocol
Representative Results
Discussion
यह चुंबकीय कण बोने और अपने मूल राज्य में एक से बढ़ biofilm के viscoelastic मापदंडों के सीटू 3 डी मैपिंग में सक्षम प्रयोग खींच रहा है. यह दृष्टिकोण ई. के यांत्रिक विविधता का पता चला कोलाई biofilm यहां उगाई और द?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम एजेंस Nationale से अनुदान ला Recherche, PIRIbio कार्यक्रम Dynabiofilm और CNRS अंतःविषय जोखिम कार्यक्रम से बहना द्वारा समर्थित भाग में था. हम ई. प्रदान करने के लिए पांडुलिपि और क्रिस्टोफ़ Beloin के बारे में उनकी महत्वपूर्ण पढ़ने के लिए फिलिप Thomen धन्यवाद इस काम में इस्तेमाल कोलाई तनाव.
Materials
| Table 1: Reagents and cells | ||||
| Magnetic particles | Life technologies | 14307D | Micrometric magnetic particle, 2.8 µm diameter | |
| Ampicillin (Antibiotic) | Sigma-Aldrich | A9518 | ||
| Tetracycline (Antibiotic) | Sigma-Aldrich | 87128 | ||
| Bacterial strain MG1655gfpF | UGB, Institut Pasteur, France | produces F pili at its surface, resistant to Ampicilllin and tetracycline | ||
| Table 2: Capillaries and tubing | ||||
| Filters for pediatric perfusion | Prodimed-Plastimed | 6932002 | ||
| Hollow Square Capillaries | Composite Metal Scientific | 8280-100 | Manufactured in Borosilicate glass. Square 0.8mm x0.8mm | |
| Tubing silicone peroxyde | VWR international | 228-0512 | Diameter 1mm | |
| Tubing silicone peroxyde | VWR international | 228-0700 | Diameter 3mm | |
| Table 3: Biofilm growth | ||||
| Lysogeny Broth (LB) solution | Amresco-VWR | J106-10PK | standard medium used to grow bacteria | |
| M63B1 solution | Home-made | Standard minimum medium used to grow bacteria | ||
| Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Used to make M63B1 medium with 0.4% glucose | |
| Table 4: Electronics | ||||
| Camera EMCCD | Hamamatsu | C9100-02 | ||
| Heater controller | World precision instruments | 300354 | ||
| Function generator | Agilent technologies | 33210A | ||
| Power amplifier | Home-made | It gives a current signal with amplitudes up to 4 A. | ||
| Syringe pumps | Kd Scientific | KDS-220 | ||
| Shutter | Vincent Associates | Uniblitz T132 | ||
| Magnetic tweezers | Home-made | Two electromagnetic poles, each made of a copper coil with 2,120 turns of 0.56 mm in diameter copper wire and soft magnetic alloy cores (Supra50-Arcelor Mittal, France) square shaped according to the blueprint shown in Fig. 10. The two cores are mounted north pole facing south pole, in order to generate a magnetic force in one direction along the length of the capillary. See coil wiring details in Figure 11. | ||
| Table 5: Optics | ||||
| Inverted microscope | Nikon | TE-300 | ||
| S Fluor x40 Objective (NA 0.9, WD0.3) | Nikon | This a long working distance ojective enabling observation of the biofilm in the depth | ||
| Epifluorescence filters: 1) for green fluorescence: Exc 480/20 nm; DM 495; Em 510/20 2) for Red fluorescence: Exc 540/25 nm; DM 565; Em 605/55 | Chroma | 1)#49020 2)#31002 | Particle displacement upon force application is recorded using the red fluoresecnce filter block. | |
| Table 6: Image analysis | ||||
| ImageJ | NIH – particle tracker plugin | |||
Referências
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