微生物学经典技术改进及全新技术

　　

——经典技术改进，以及全新的技术将能帮助微生物学家更深入的进行研究

生物通报道：自从1673年列文虎克用他自己制造的显微镜观察到了被他称为“小动物animalcules”的微生物世界之后，生物学进入了微生物阶段。这些微小的动物具有如此惊人的多样性，无论是人体肠道，还是海底世界都充斥着它们的身影，但在此后有了DNA的跨时代发现，微生物就不再是研究的宠儿了，不过依然有不少科学家继续进行对其各种行为的研究。

包括细菌在内的微生物研究常常需要追踪和分析这些生物的动态行为，时至今日这些技术已经得到了长足发展，出现了一些新的工具，如荧光蛋白报告基因，经典技术也获得了新生，如琼脂糖平板上细菌菌落复杂漩涡和螺旋形生长的定量分析等。同时在过去的二十年里，显微镜又卷土重来，通过一些小型，相对廉价的相机，以及日益复杂的图像分析工具帮助科学家们完成了许多分析研究。

The Scientist杂志汇总了一些创新方法，以及经典方法的升级版。

细菌菌群形态分析

早期的微生物学家能通过不同的漩涡和条纹很快的识别出培养皿中的细菌菌株，菌株之间的简单相互作用也很容易辨别——当竞争性的居住在统一培养皿中生长时，就会形成被称为Dienes line的边界，这种边界用肉眼可以清晰的看到。然而对于更复杂的一些动态过程，我们的肉眼就无法准确判断，容易出错了。

来自特拉维夫大学的生物化学与细胞生物学副教授Eshel Ben-Jacob，以及MicroDish公司的首席科学官Colin Ingham利用数学和物理学方法定量分析细菌菌落形态模式。Ingham曾是瓦赫宁根大学的资深科学家，他与Ben-Jacob合作，分析后者实验室在上个世纪90年代发现的一种模式形成细菌：Paenibacillus vortex（旋涡状类芽孢杆菌，生物通注），这种细菌被称为细菌界的“爱因斯坦”，其“智商”在细菌界数一数二。

研究人员利用一些传统经典的方法观察菌落模式，细菌群集（Bacterial swarming）方法在正常状态下可行，但在调控增长条件下，研究人员会给细菌施加不同的胁迫压力，比如缺乏营养，或者改变湿度。然后他们就会对这些菌群进行染色和成像，从而计算出这些因素对细菌的运动性和模式形成的影响。

“这些都是非常简单的技术，”Ben-Jacob说，“但你需要观察菌群生长水平，以此来了解（细菌）相互之间的沟通情况。”

通过两个研究组的合作，Ingham和 Ben-Jacob发现旋涡状类芽孢杆菌在软琼脂糖上有类似交通管理的形态模式，而在硬琼脂糖上，这种细菌就会形成复杂的菌群形态，沿着中心点形成漩涡，就像它的名字一样。

研究人员拍摄了突变细胞的成像图案，并测量了两种条件下细菌的形态特征，从而首次定量描述了旋涡状类芽孢杆菌的群集动力学机制。（BMC Microbiol, 8:36, 2008）

此后研究人员又总结了决定细菌菌落的一些简单规则（PLOS Comput Biol, 7: e1002177, 2011），并指出了旋涡状类芽孢杆菌与非运动性真菌烟曲霉（Aspergillus fumigatus）之间的相互作用。

对于技术操作，Ingham强烈推荐了一款公共成像处理和分析软件：ImageJ，这款软件由美国国立卫生研究员NIH开发，可以在线下载。软件还包括了多种针对不同应用的插件。

微生物学家可以利用ImageJ分析拍摄细菌的视频，分析它们的形状和动态过程。同时NIH网站也会回答和解决一些用户的提问，“如果能找到人解答你的难题，那就再好不过了，”Ingham说。

 

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参考原文标题：

Swarming and complex pattern formation in Paenibacillus vortex studied by imaging and tracking cells

Mutually facilitated dispersal between the nonmotile fungus Aspergillus fumigatus and the swarming bacterium Paenibacillus vortex