Insamling, isolering och anrikning av naturligt förekommande Magnetotactic bakterier från miljön
Summary
Vi demonstrera en metod för att samla magnetotactic bakterier (MTB) som kan tillämpas på naturliga vatten. MTB kan isoleras och anrikas från sedimentprover med en relativt enkel installation som tar fördel av bakteriernas naturliga magnetism. Isolerad MTB kan sedan granskas i detalj med både ljus-och elektronmikroskopi.
Abstract
Magnetotactic bakterier (MTB) är vattenlevande mikroorganismer som först bland beskrivs i 1975 1 från sedimentprover samlats in salta våtmarker i Massachusetts (USA). Sedan dess MTB har upptäckts i skiktad vatten och sediment-kolumner från hela världen 2. Ett gemensamt drag för alla MTB är att de innehåller magnetosomes, vilka är intracellulära, membranbundna magnetiska nanokristaller av magnetit (Fe 3 O 4) och / eller greigite (Fe 3 S 4) eller båda 3, 4. På norra halvklotet är MTB vanligtvis attraheras till södra änden av en stavmagnet, medan det södra halvklotet som de brukar lockas till norra änden av en magnet 3,5. Denna egenskap kan utnyttjas när man försöker isolera MTB från miljöprover.
En av de vanligaste sätten att berika MTB är att använda en klar plastbehållare för att samla sediment och vatten från en naturlig källa,såsom sötvatten damm. På norra halvklotet är den södra änden av en stavmagnet placeras mot utsidan av behållaren ovanför sedimentet på sediment-vatten-gränssnittet. Efter en tid kan bakterierna avlägsnas från insidan av behållaren nära magneten med en pipett och sedan berikas ytterligare genom att använda en kapillär travbana 6 och en magnet. När berikad, bakterierna kan placeras på ett objektglas med hjälp av en hängande droppe metod och observeras i ett ljusmikroskop eller deponeras på en koppar nät och observerade med transmissionselektronmikroskop (TEM).
Med denna metod kan isolerad MTB studeras i mikroskop för att bestämma egenskaper såsom simning beteende, typ och antal flagella, cellmorfologin av cellerna, formen på de magnetiska kristaller, antal magnetosomes, antal magnetosome kedjor i varje cell, sammansättning de nanomineral kristallerna, och närvaro av intracellulära vakuoler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Magnetotactic bakterier inte nödvändigtvis finns i varje vattenmiljön 8 men när de inträffar, kan de finnas i storleksordningen 100 – 1.000 celler per milliliter 2. För att observera MTB med hjälp av optisk mikroskopi, behöver du ungefär 50 bakterier / ml i prov 8. Om det inte finns några eller få MTB i ditt prov, då du kommer antingen behöva välja en ny miljö plats för att samla dina prover eller måste du försöka en eller flera av de tekniker som diskuteras i nästa a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete har finansierats med bidrag från amerikanska National Science Foundation (EAR-0.920.299 och EAR-0.745.808), US National Science Foundation East Asien och Stillahavsområdet Sommar institut, Geological Society of America Research Grant Program och Alumni Bidrag för Graduate forskning och stipendium från The Ohio State University. Vi vill tacka redaktören och två anonyma granskare för deras insiktsfulla kommentarer.
Materials
| Item Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Glass slides | Fisher Scientific | S95933 | |
| Glass Pasteur pipets | Fisher Scientific | 13-678-6A | |
| O-ring | Hardware store | ||
| Cover slips | Fisher Scientific | 12-542B | |
| Bar magnet | Fisher Scientific | S95957 | |
| Container | Any | Any plastic or glass container that can hold at least 0.5 L and can be sealed | |
| Cotton | Any | ||
| Microscope with 60X dry lens | Zeiss | A 60X dry lens is not absolutely necessary, but this gives a high NA without using oil | |
| Diamond pen | Fisher Scientific | 08-675 | |
| 0.22 mm filter | Fisher Scientific | 09-719C | |
| 1 ml syringe | Fisher Scientific | NC9788564 | |
| Microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 02-681-320 | |
| Formvar/Carbon 200 mesh, copper grids | Ted Pella Inc. | 01800 | |
| Uranyl acetate | Ted Pella Inc. | 19481 | |
| Tecnai Spirit TEM | FEI | ||
| Tecnai F20 S/TEM | FEI |
References
- Blakemore, R. Magnetotactic bacteria. Science. 190, 377-379 (1975).
- Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Annual Reviews in Microbiology. 36, 217-238 (1982).
- Bazylinski, D. A., Frankel, R. B. Controlled Biomineralization of Magnetite (Fe3O4) and Greigite (Fe3S4) in a Magnetotactic Bacterium. Applied and Environmental Microbiology. 61, 3232-3239 (1995).
- Lefevre, C. T., Menguy, N., et al. A Cultured Greigite-Producing Magnetotactic Bacterium in a Novel Group of Sulfate-Reducing Bacteria. Science. 334, 1720-1723 (2011).
- Simmons, S. L., Bazylinski, D. A., et al. South-seeking magnetotactic bacteria in the Northern Hemisphere. Science. 311, 371-374 (2006).
- Wolfe, R., Thauer, R., et al. A ‘capillary racetrack’ method for isolation of magnetotactic bacteria. FEMS Microbiology Letters. 45, 31-35 (1987).
- Rodgers, F. G., Blakemore, R. P. Intercellular structure in a many-celled magnetotactic prokaryote. Archives of Microbiology. 154, 18-22 (1990).
- Moench, T. T., Konetzka, W., et al. A novel method for the isolation and study of a magnetotactic bacterium. Archives of Microbiology. 119, 203-212 (1978).
- Balkwill, D., Maratea, D. Ultrastructure of a magnetotactic spirillum. Journal of Bacteriology. 141, 1399-1408 (1980).
- Lins, U., Freitas, F., et al. Simple homemade apparatus for harvesting uncultured magnetotactic microorganisms. Brazilian Journal of Microbiology. 34, 111-116 (2003).
- Jogler, C., Lin, W., et al. Toward Cloning of the Magnetotactic Metagenome: Identification of Magnetosome Island Gene Clusters in Uncultivated Magnetotactic Bacteria from Different Aquatic Sediments. Applied and Environmental Microbiology. 75, 3972-3979 (2009).
- Lin, W., Li, J., et al. Newly Isolated but Uncultivated Magnetotactic Bacterium of the Phylum Nitrospirae from Beijing, China. Applied and Environmental Microbiology. 78, 668-675 (2012).
- Li, J., Pan, Y., et al. Biomineralization, crystallography and magnetic properties of bullet-shaped magnetite magnetosomes in giant rod magnetotactic bacteria. Earth and Planetary Science Letters. 293, 368-376 (2010).
- Oestreicher, Z., Valerde-Tercedor, C. Magnetosomes and magnetite crystals produced by magnetotactic bacteria as resolved by atomic force microscopy and transmission electron microscopy. Micron. 43, 1331-1335 (2012).
