Imaging of Cellular Oxidoreductase Activity Suggests Mixotrophic Metabolisms in Thiomargarita spp.

細(xì)胞氧化還原酶活性成像揭示硫珠菌屬的混合營養(yǎng)代謝模式

來源：mBio, Volume 8, Issue 6, 2017, Article e01263-17

《微生物》，第8卷第6期，2017年，文章編號e01263-17

 

摘要：

摘要說了這篇論文研究了一種新型應(yīng)用四唑染料的方法，通過測量細(xì)胞氧化還原酶活性來探究Thiomargarita spp.的代謝。Thiomargarita是已知最大的細(xì)菌，尚未被純培養(yǎng)，但個(gè)體細(xì)胞大，允許進(jìn)行時(shí)間序列實(shí)驗(yàn)或單個(gè)分選用于組學(xué)研究。論文使用四唑-甲臜染料結(jié)合顯微鏡，在無細(xì)胞分裂觀察的情況下追蹤代謝響應(yīng)，并能區(qū)分Thiomargarita細(xì)胞與其他附著微生物的代謝。結(jié)果表明，Thiomargarita在無氧條件下代謝最活躍，能響應(yīng)多種電子供體，支持其代謝可塑性和混合營養(yǎng)代謝，與基因組學(xué)研究一致。

 

研究目的：

研究目的是開發(fā)一種培養(yǎng)獨(dú)立的方法，使用四唑染料成像技術(shù)來驗(yàn)證Thiomargarita spp.的代謝潛力，特別是其混合營養(yǎng)能力，以補(bǔ)充基因組學(xué)數(shù)據(jù)，并探究其在各種氧條件下的代謝響應(yīng)。

 

研究思路：

研究思路是先利用Thiomargarita細(xì)胞的大尺寸優(yōu)勢，使用四唑染料（如Dye H）在微孔板中進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，通過顯微鏡成像個(gè)體細(xì)胞的染色變化來測量氧化還原酶活性。實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同氧條件（有氧、低氧、無氧）和添加多種底物（如琥珀酸、乙酸鹽、檸檬酸鹽、甲酸鹽、硫代硫酸鹽、H2、H2S），并包括對照組（如空鞘、硅藻碎片）。使用圖像處理軟件（如ImageJ）量化染色強(qiáng)度變化，統(tǒng)計(jì)分析與對照組差異。同時(shí)，使用Unisense氧微電極確認(rèn)氧條件，確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。最后，將結(jié)果與基因組數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證代謝可塑性。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義：

1 測量了Thiomargarita細(xì)胞在不同底物和氧條件下的四唑染料染色強(qiáng)度變化，通過顯微鏡成像量化亮度 reciprocal intensity，來自圖1、圖2、圖3和表1。研究意義是直接可視化細(xì)胞代謝活性，驗(yàn)證Thiomargarita能利用多種有機(jī)和無機(jī)底物，支持其混合營養(yǎng)代謝假說，并顯示無氧條件下代謝最活躍，這與它們在自然沉積物中的生境一致。表1數(shù)據(jù)提供了第7天染色強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，顯示在不同條件下與對照組的顯著差異，研究意義是定量證實(shí)代謝響應(yīng)的可靠性，為基因組推斷提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

 

 

 

 

 

2 測量了附著微生物（epibionts）的染色響應(yīng)，來自圖1G和1L。研究意義是區(qū)分Thiomargarita細(xì)胞與附著細(xì)菌的代謝，顯示可能存在營養(yǎng)相互作用，擴(kuò)展了對微生物共生關(guān)系的理解。

3 測量了細(xì)胞崩潰情況，來自圖1D。研究意義是表明染色活性與細(xì)胞存活相關(guān)，氧化還原酶活性不能防止細(xì)胞崩潰，但可作為存活指標(biāo)。

 

結(jié)論：

得出了結(jié)論是Thiomargarita spp.具有代謝可塑性，在無氧條件下能利用多種底物進(jìn)行混合營養(yǎng)代謝，支持基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)；四唑染料成像方法能有效驗(yàn)證未培養(yǎng)微生物的代謝潛力，且可擴(kuò)展到其他混合群落研究。該方法為培養(yǎng)獨(dú)立生理學(xué)研究提供了新途徑。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義：

使用丹麥Unisense電極測量出來的數(shù)據(jù)的研究意義在于確保實(shí)驗(yàn)氧條件的準(zhǔn)確控制和驗(yàn)證，從而增強(qiáng)代謝響應(yīng)結(jié)果的可靠性。在論文中，Unisense氧微電極用于確認(rèn)微孔板中有氧處理組的氧存在和混合情況（材料和方法部分提到），這直接支持了不同氧條件下代謝響應(yīng)的比較。例如，在有氧條件下，Unisense電極驗(yàn)證了氧的存在，使得Thiomargarita對H2S等底物的弱響應(yīng)得以準(zhǔn)確歸因于氧條件，而非實(shí)驗(yàn)誤差。這種測量意義是關(guān)鍵性的，因?yàn)樗峁┝丝陀^的氧濃度數(shù)據(jù)，消除了條件不確定性，從而使得四唑染料染色結(jié)果更能真實(shí)反映代謝活性，為研究Thiomargarita的氧耐受性和代謝偏好提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，Unisense電極的高靈敏度有助于檢測低氧環(huán)境，確保低氧實(shí)驗(yàn)條件的有效性，從而全面評估代謝可塑性。