blog

新的成像技术揭示了可能的细菌性疾病攻击计划

<p>由霍乱细菌制成的细菌生物膜的三维重建细菌细胞(蓝色)附着在胶水状蛋白质(绿色)表面,并与另一种蛋白质(灰色)粘合在一起细菌簇随后用保护壳覆盖(红色)由蛋白质和糖分子组成(Veysel Berk图像)通过开发新的荧光标记策略并采用超分辨率光学显微镜,加州大学伯克利分校的研究人员能够检查细菌生物膜的结构并确定潜在药物的遗传目标伯克利 - 在加利福尼亚大学伯克利分校发现的一种聪明的新成像技术揭示了许多细菌性疾病的可能攻击计划,例如霍乱,囊性纤维化患者的肺部感染甚至慢性鼻窦炎,它们形成了使其对抗生素产生抗药性的生物膜</p><p>研究人员设计了一种新的荧光标记策略并采用超分辨率光学显微镜o检查称为细菌生物膜的粘性斑块的结构,使这些感染变得如此顽强他们还确定了潜在药物的遗传目标,这些药物可以破坏细菌群落并使虫子暴露于抗生素的杀灭力</p><p>到目前为止,科学家只能看到增长的群集生物膜中的细菌细胞但新的成像技术使加州大学伯克利分校的研究人员可以放大这些细胞群并记录细菌如何构建其坚固的“城堡”,为药物分解生物膜提供关键目标(视频由Veysel Berk,加州大学伯克利分校制作) “最终,我们想让这些虫子无家可归,”首席研究员Veysel Berk说道,他是加州大学伯克利分校物理系和加州数量生物科学研究所(QB3)的博士后研究员和他的合着者,包括诺贝尔奖获得者前加州大学伯克利分校教授朱棣文在7月13日出版的“科学杂志”上发表了他们的研究成果自然栖息地,999%的细菌作为一个群落生活,并作为生物膜附着在表面上;根据美国国立卫生研究院的数据,人类感染的80%都与生物膜有关,“伯克说,研究人员能够采用新的技术,让他们可以放大这些生物膜的街道视图,在那里他们学会了”他们如何从单一的牢房中成长,共同组成房间和整栋建筑,“伯克说:”现在,我们可以提出一种合理的方法来发现如何拆除他们的建筑物,或者阻止他们自己形成建筑物“采用Berk开发的技术进行超分辨率显微镜检查,可以对培养中生长和分裂细胞进行连续标记,许多领域的生物学家将能够记录“细菌如何建造城堡”的定格视频,他说“这项工作有导致对这些复杂结构发展的新见解,无疑将为防治传染病的新方法以及环境中的细菌应用铺平道路“加州大学伯克利分校物理学和分子与细胞生物学教授,劳伦斯伯克利国家实验室的前任主任,楚说,细菌不是孤独者</p><p>细菌的流行观点是它们是容易被保存的自由生物体伯克说,通过抗生素检查,科学家现在意识到,细菌一生大部分时间都在殖民地或生物膜中,即使在人体内也是如此</p><p>虽然单个细菌可能对抗生素敏感,但这些细菌的耐药性可能高出1,000倍,大多数只能去除手术植入物,如心脏起搏器,支架和人工关节,偶尔会被形成生物膜的细菌感染这些生物膜部位会定期脱落细菌 - 冒险者,Berk称之为 - 可以点燃急性感染和发烧,而抗生素可以摧毁这些自由游动的细菌并暂时平息感染,生物膜保持不变</p><p>唯一永久的解决方案是去除生物膜涂层装置和更换新的灭菌植入物鼻窦中的永久性细菌生物膜可以点燃导致慢性鼻窦感染的免疫反应,其症状包括发烧和感冒样症状到目前为止,最有效的治疗方法是手术切除受影响的组织 细菌在囊性纤维化患者的粘液充盈的肺中也形成永久的,主要是终生的生物膜,并导致导致早期死亡的慢性肺部感染尽管长期抗生素治疗有帮助,但它不能完全根除感染来研究生物膜</p><p>由霍乱弧菌(霍乱弧菌)组成,伯克在加州大学伯克利分校Stanley Hall地下室建立了自己的超分辨率显微镜,基于2007年由共同作者肖伟伟(Chuow的前博士后学生,现为哈佛大学教授)设计</p><p>实际上看到这些细胞分裂形成“城堡”时,Berk设计了一种称为连续免疫染色的新技术,这种技术可以通过四种不同的荧光染料跟踪四种不同的目标分子</p><p>他发现,在大约六小时的时间内,单个细菌放下胶水将自身附着在一个表面上,然后分成子细胞,确保每个女儿都能粘住在分成两半之前,女儿们继续分裂,直到它们形成一个簇 - 就像一个砖和灰泥建筑物 - 此时细菌分泌出一种蛋白质,像一个建筑物的外壳一样包围着这个簇</p><p>这些簇被微通道分开,可能允许伯克说:“如果我们可以找到药物去除胶水蛋白质,我们就可以将整个建筑物移走</p><p>或者如果我们能够去除水泥蛋白质,我们可以解散所有的东西并坍塌建筑物提供抗生素,“Berk说”这些可以作为未来特定部位抗生素药物的目标“超分辨率显微镜:用光绘画Berk是一位受过物理和光学训练的生物学家,具有蛋白质结构成像专业知识:他是几年前确定了核糖体的原子级结构的团队的一员,核糖体是将遗传信息转化为成品蛋白质的细胞机器</p><p> ul新的超分辨率光学显微镜可以揭示生物膜的未知结构超分辨率显微镜获得的分辨率比标准光学显微镜高20倍--20而不是200纳米 - 通过使用光可切换探头一次仅突出显示部分图像将数千张图像编辑成单个快照这个过程很像用光绘画 - 将手电筒光束照射在黑暗场景上同时保持相机快门打开每个快照可能需要几分钟才能编译,但对于细胞生长缓慢,这很快获得一个停止动作的电影问题是如何用荧光染料标记细胞以持续监测它们的生长和分裂通常,生物学家将一级抗体附着到细胞上,然后用附着在第二抗体上的荧光染料将细胞浸入细胞中</p><p>然后他们冲洗掉多余的染料,在染色的细胞上照射光线并拍摄荧光Berk suspecte d,荧光染料的临界平衡浓度 - 低到足以防止背景,但足够高以便有效染色 - 也可以正常工作,消除了冲洗多余染料的需要,因为它会产生背景光“经典方法首先染色,然后脱色,然后只拍一张快照,“Berk说”我们找到了一种染色的方法,并在我们进行成像时将所有荧光探针保留在溶液中,因此我们可以持续监控所有内容,从单细胞一直到成熟的生物膜而不是一个快照,我们正在录制整部电影“”这是一个非常简单,很酷的想法,但每个人都认为它很疯狂,“他说”是的,它很疯狂,但它“Berk的共同作者是Steven Chu,现在和美国能源部合作; Jan Liphardt,加州大学伯克利分校物理学和分子与细胞生物学教授;哈佛的小伟庄和Graham T Dempsey;加州大学圣克鲁兹分校的Jiunn C N Fong和Fitnat H Yildiz;和土耳其伊斯坦布尔塔克西姆研究医院的Omer N Develioglu霍乱弧菌生物膜的分子结构和组装原理(2012年7月13日科学)资料来源:加州大学伯克利分校新闻中心Robert Sanders图片:

查看所有