基于流式细胞仪高通量分选的深海微生物单细胞培养

【目的】建立适用于海洋微生物的流式细胞分选与高通量单细胞培养的方法,通过该方法从印度洋深海样品中分离微生物纯培养菌株。【方法】利用流式细胞仪单细胞分选功能,以前向角(FSC)和侧向角(SSC)散射光信号代替荧光信号作为分选逻辑,对深海水体和沉积物样品中微生物进行单细胞高通量分选和培养。【结果】确定了流式细胞分选的区域和条件,发现所建立方法适于分离海洋水体微生物,而不是沉积物微生物。从印度洋深海水体样品中获得61个潜在新菌株,分属于6个新属种,占分离菌株总数的26.29%,其16S rRNA基因序列与已培养的模式菌株相似性为89.79%–95.37%。【结论】本研究所建立的方法有助于提高发现海洋微生物新物种的效率,获得更多新的海洋微生物资源。     

基于微流控的真菌单细胞捕获和培养

【背景】真菌单细胞培养在研究细胞异质性及细胞生长特性等方面十分重要,因此需要建立简单便捷的方法对真菌单细胞进行培养与观察。【目的】基于微流控建立一种真菌单细胞的捕获及培养方法,同时直观地对单细胞进行定位和实时观察。【方法】利用L-edit设计芯片图案并利用等离子键合的方法制备微流控芯片;通过注射泵将红酵母菌溶液及里氏木霉孢子溶液进样以实现单细胞捕获;采用台盼蓝染色法测定酵母细胞的存活率;利用显微镜对酵母单细胞及木霉孢子的萌发、生长、繁殖过程进行观察。【结果】所制备的芯片形状完好,可实现酵母或孢子的单细胞捕获;酵母的捕获率为25.00%±1.38%;分别于0、2、4、6h对酵母进行观察,可看到酵母出芽过程;培养至48h,芯片上酵母细胞的存活率与游离培养条件下的存活率无显著性差异;分别于0、3、6、9 h对单个孢子进行观察,可以看到孢子萌发以及菌丝生长情况,且直至120h菌丝仍在生长。【结论】设计并制备了一种用于真菌单细胞捕获及定位培养的微流控芯片,这是此种芯片在真菌单细胞培养中的首次应用。细胞可在此微流控芯片上正常生长至少2 d,并可实现5 d及更长时间的培养,此方法可对真菌单细胞进行直观、定位的实时观察,有望用于多种微生物单细胞的生理、遗传性状研究,以及原生质体融合育种研究。     

一种制备新生隐球菌单细胞的方法

【目的】建立流式细胞仪分选新生隐球菌单细胞的方法,确定新生隐球菌单细胞恢复生长的条件和能力。【方法】利用Moflo XDP流式细胞分析分选仪,体外测定不同条件下新生隐球菌恢复生长的比率。【结果】建立了流式细胞仪新生隐球菌单细胞分选流程。确定流式细胞仪分选得到的新生隐球菌单细胞具有恢复生长的能力,恢复生长的能力受营养条件和菌株差异的影响。在营养丰富的条件下,新生隐球菌JEC21和H99单细胞恢复生长比率分别为74%和89%。在寡营养条件下,JEC21和H99单细胞恢复生长比率分别为37%和80%。JEC21生长比率随细胞数的增加而升高,细胞数为100个时,生长比率为55%;细胞数为1000个时,生长比率为97%。【结论】流式细胞仪分选得到新生隐球菌单细胞具有恢复生长的能力,生长能力受营养条件、菌株差异的影响。     

荧光法快速检测活菌数的方法研究及应用

【背景】Calcein UltraGreen~(TM)AM是一种新型荧光染料,用于标记和监测活细胞。【目的】基于该荧光染料的荧光特性及其在活细胞内的稳定特性,建立一种荧光定量快速检测活细菌总数的方法,并在实际样品中应用校正。【方法】通过应用荧光染料对细菌进行染色,再进行荧光强度检测,同时以平板计数法作平行对照,建立荧光强度值-活菌数标准曲线。【结果】确定了染色细菌的最佳pH值为8.0。该检测方法仅需固定染色温度,染色时间在20-30min范围即可快速检测。建立了革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌NY3、大肠杆菌和革兰氏阳性菌芽孢杆菌、红平红球菌FF、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的细菌总数与相对荧光强度值标准曲线。当菌悬液OD600值在0.01-0.30范围内时,上述6种细菌与荧光信号强度呈良好的线性关系(R20.99)。【结论】当样品菌悬液浓度范围控制在105-109CFU/mL时,建立的荧光检测方法快速便捷,精密度、重复性、稳定性、回收率和准确度均较好,可应用于微生物实验、固体菌剂发酵、食品卫生与安全、环境检测等领域的活细菌总数现场快速检测。     

人类及小鼠某些细胞系培养中苯基杆菌的污染

【目的】对细胞培养体系中出现的杆状污染物进行分离和鉴定,并探讨如何清除该污染物。【方法】采用固体培养基平板划线法分离细菌株,通过荧光染色和透射电镜对其进行形态学观察;结合16S rRNA基因序列分析,进行菌株鉴定;用生长状态良好的细胞上清复苏冻存的已经污染的细胞,检测细胞复苏的存活率。【结果】该污染物经形态学和16S rRNA基因序列鉴定为苯基杆菌。形态学观察表明它有一个二态生命周期:即游动期和附着期。大多数情况下该菌可以与宿主细胞共生,常规抗生素均不能彻底清除该细菌。采用生长状态良好的细胞上清复苏冻存细胞可以明显提高了细胞的存活率。【结论】本实验报导了苯基杆菌的二态生命周期,同时我们发现用细胞上清复苏冻存细胞可以显著提高细胞的存活率。     

酿酒酵母与地衣芽孢杆菌相互作用及基于蛋白组学的作用机制分析

【目的】为解析酱香型白酒发酵过程中群体微生物的酿造特征,研究酱香型白酒酿造中贡献特征风味的地衣芽孢杆菌和贡献酒精的酿酒酵母之间的相互作用。【方法】通过构建酿酒酵母纯培养及与地衣芽孢杆菌共培养发酵体系,比较不同培养体系中的生物量、乙醇产量及有机酸产量差异,并从蛋白组学角度加以分析和认识二者之间的相互作用。【结果】在共培养体系中,酿酒酵母抑制地衣芽孢杆菌生长,其自身生长不受地衣芽孢杆菌的影响,然而代谢产物却发生变化,其中乙醇及有机酸中的丙酮酸、苹果酸、乳酸、琥珀酸及酒石酸的最高产量分别高出其纯培养的11.8%、56.8%、36.3%、24.3%、48.2%及27.7%,而柠檬酸的最高产量低于其纯培养的35.1%;蛋白组分析显示,地衣芽孢杆菌诱导酿酒酵母胞内69个蛋白差异表达(>2倍),质谱鉴定出24个,主要功能为参与糖酵解过程、乙醇代谢过程、细胞壁稳定性调控及应激反应等。糖酵解和乙醇代谢途径相关蛋白对酿酒酵母混合培养条件下的代谢变化起重要作用,其余蛋白可能与微生物相互作用时的防御和适应性相关。【结论】在混合培养发酵体系中地衣芽孢杆菌能够影响酿酒酵母的乙醇及有机酸代谢,这对于白酒品质调控及微生物间相互作用都具有重要意义。蛋白组学结果为从分子层面深入认识酿酒酵母与地衣芽孢杆菌之间的相互作用提供理论基础,有利于促进酱香型白酒发酵过程中群体微生物酿造特征的解析。     

单细胞、显微计数和高通量测序典型水稻土微生物组的技术比较

【目的】比较传统显微计数、单细胞分选和现代分子方法研究典型水稻土微生物组的细胞数量、物种组成及好氧甲烷氧化菌生理生态过程的技术特点。【方法】针对水稻土中可提取微生物细胞(土壤细胞)及其DNA(细胞DNA)、单细胞DNA、土壤微生物组总DNA(土壤DNA),利用传统显微计数和实时荧光定量PCR(qPCR)方法,研究水稻土好氧甲烷氧化过程中微生物数量的变化规律;通过高通量测序16S rRNA基因技术,研究微生物物种组成的变化规律。【结果】水稻土微生物组的传统显微计数结果显著低于现代分子方法 qPCR,最高可达3个数量级。基于DAPI染色、CARD-FISH、细胞DNA及土壤DNA的qPCR定量结果分别为:(5.8–7.4)×10~7、(1.7–1.9)×10~7、(2.8–6.3)×10~8、(1.5–2.7)×10~(10) cells/g。基于qPCR的水稻土好氧甲烷氧化菌数量为1.1×10~7 cells/g,比传统显微计数方法高3个数量级。然而,当水稻土氧化高浓度甲烷后,所有方法均发现甲烷氧化菌显著增加,增幅分别为54倍(CARD-FISH)、388倍(细胞DNA)和45倍(土壤DNA)。在微生物分类学门的水平,细胞DNA(25个门)与土壤DNA(30个门)结果基本一致,均能较好地反映水稻土微生物组的群落结构,而单细胞DNA尽管检测到20个门,但偏好性较大,95%以上均为Proteobacteria。在微生物分类学属的水平,土壤DNA、细胞DNA和单细胞DNA分析均表明背景土壤含有7个好氧甲烷氧化菌的pmo A基因型,但氧化高浓度甲烷后,γ-Proteobacteria的2个属Methylobacter/Methylosarcina则成为优势类群。【结论】土壤微生物的传统显微计数(DAPI和CARD-FISH)结果显著低于qPCR技术,相差1–3个数量级。qPCR定量土壤DNA和细胞DNA表明:水稻土可提取微生物细胞约占土壤微生物总量的2%左右,而好氧甲烷氧化菌的提取效率最高可达6%。细胞DNA在门水平能较好地反映水稻土微生物组成,但在属水平和土壤DNA有着较大差异。Planctomycetes微生物门的细胞易被提取,Acidobacteria门的微生物则较难被提取,而单细胞分选技术则偏好Proteobacteria。尽管传统方法和分子技术的分辨率明显不同,但均能较好地表征水稻土甲烷氧化的微生物生理生态过程。未来土壤微生物组研究应更加重视科学问题本身对技术手段的内在需求,最大限度发挥各种先进技术的优势。     

产丁二酸谷氨酸棒状杆菌基因缺失代谢工程菌株的构建

【目的】提高谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032厌氧条件下的丁二酸产量,并降低发酵产物中副产物的含量。【方法】以谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032为出发菌,首先敲除乳酸形成的关键酶乳酸脱氢酶基因(ldh),构建ldh缺失株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh;然后以缺失株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh为出发菌,敲除该菌的丙酮酸脱氢酶系的E1p酶基因(aceE),构建一株双缺失突变菌株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032ΔldhΔaceE。【结果】与供试菌比较,谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh的丁二酸产量和转化率分别提高了94.9%和32%,并且主要的副产物乳酸产量由出发菌产量的63.5 g/L降低到很微量的程度。丙酮酸脱氢酶的失活并不能完全消除副产物乙酸的形成,但乙酸的产量较ATCC13032Δldh降低了37.9%,丁二酸的产量略有提高。【结论】该重组菌具有较强的丁二酸生产工业化潜力,并且该研究方法为微生物代谢育种提供参考。     

稳定表达可视化hFcRn的MDCK细胞株构建

[目的]建立稳定表达融合EGFP的人新生儿Fc受体(h FcRn)的MDCK细胞株。[方法]构建重组慢病毒质粒p EGFP-h FcRn,采用四质粒包装系统共转染HEK 293T细胞生产重组慢病毒,感染MDCK细胞后对EGFP阳性细胞进行流式单细胞分选;通过Western Blot及EGFP-β2m荧光共定位验证h FcRn的完整性,并用流式细胞仪检测h FcRn与人Ig G的结合活性。[结果]测序结果表明成功构建p EGFP-FcRn慢病毒表达载体;感染后EGFP阳性MDCK细胞比例约为26.5%,流式单细胞分选后得到纯阳性细胞;荧光共定位及Western Blot均检测到h FcRn的完整表达;流式分析表明细胞株上的h FcRn与Ig G存在p H依赖性结合。[结论]成功获得稳定表达具有生物活性的可视化h FcRn的MDCK细胞株。     

杨树腐烂病菌(Cytospora chrysosperma)原生质体遗传转化体系的构建

【目的】通过分析不同酶解条件对金黄壳囊孢菌[Cytospora chrysosperma(Pers.)Fr.]原生质体释放的影响,建立高效制备原生质体及其遗传转化体系的方法,为开展杨树腐烂病菌的致病分子机制研究奠定基础。【方法】以杨树腐烂病菌菌株CFCC 89981为受体,在细胞壁降解酶作用下产生用于转化所需的原生质体,通过PEG(Polyethylene glycol)介导将g GFP DNA导入杨树腐烂病菌的原生质体中获得转化子。经PCR扩增、Southern blot和荧光观察验证g GFP DNA插入到杨树腐烂病菌基因组中并表达出GFP(Green fluorescent protein)蛋白。【结果】以p H 5.5的1.2 mol/L KCl为稳渗剂,杨树腐烂病菌菌丝经Driselase和Lysing enzymes共同酶解4 h可获得1.2×108个/m L原生质体,再生率可达63.74%±9.73%,FDA(Fluorescein diacetate)溶液染色结果显示98%左右的原生质体具有较高的活力。利用PEG介导的遗传转化方法,转化效率可达76个/μg DNA。PCR检测和Southern blot均可在转化子基因组中检测到GFP基因片段,且荧光检测转化子的菌丝均呈绿色荧光,表明GFP基因在杨树腐烂病菌中表达。此外,GFP转化子在无潮霉素抗性的PDA培养基中多代转接后仍稳定遗传并表达GFP蛋白。【结论】通过筛选酶解条件,获得高质量、高活性的杨树腐烂病菌原生质体,并利用PEG介导的转化方法建立了高效稳定的原生质体遗传转化体系。该体系的建立为杨树腐烂病菌的后续研究奠定了技术基础。     

基于吐温-80下2株功能菌协同降解多环芳烃的特性研究

【目的】研究恶臭假单胞菌B6-2和克雷伯氏菌CW-D3T构建的混合功能菌对多环芳烃的协同修复效能,并探究非离子表面活性剂吐温-80对混菌降解多环芳烃的影响,以期为芳烃化合物的生物修复提供技术参考和理论依据。【方法】通过生长曲线及平板菌落计数法反映混菌生长情况及比例,从而评估混菌降解体系的可行性;通过高效液相色谱法探究各体系以及不同吐温-80浓度下混培体系对多环芳烃的降解效能;最后通过烷烃吸附法测定细胞表面疏水性,以探究吐温-80对混合功能菌降解多环芳烃的影响机制。【结果】等比例混合的2株菌共培养生长状态优于纯培体系,对混合多环芳烃(菲、荧蒽、芘)的降解率分别为33.4%、30.1%、28.6%(7 d),相较于菌CW-D3T,分别提高了1.31倍、1.46倍、1.42倍。混培体系中加入500 mg/L的吐温-80对菲、荧蒽、芘的降解率分别为47.7%、43.2%、38.8%(7 d),相较于对照组各提高了1.55倍、1.38倍、1.31倍,而更高浓度的吐温-80无明显促进作用或轻微抑制。添加吐温-80使菌CW-D3T和混菌的表面疏水性提高,而菌B6-2表面疏水性降低。结合细菌生长量分析...     

传统醋曲储存过程中的微生物多样性

【背景】醋曲是我国传统谷物醋酿造中的重要微生物来源,通常一次制备分批使用。【目的】解析传统醋曲储存过程中微生物群落结构变化规律。【方法】从山西晋南一家百年老醋坊分别采集大曲原料、新制醋曲、储存7个月和12个月的醋曲,利用高通量测序技术分析微生物多样性。【结果】从4组样品中共找到610个真菌可操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)和747个细菌OTU。子囊菌门(Ascomycota,占比95%)和厚壁菌门(Firmicutes,占比81%)分别为优势的真菌和细菌类群。醋曲成品中约1/3的真菌OTU和约95%的细菌OTU可在醋曲原料中找到,说明原料是醋曲的重要微生物来源。相较于新制醋曲,储存7个月和12个月醋曲中的真菌和细菌多样性均显著降低。醋曲贮存过程中微生物群落结构发生明显改变,并且相较于真菌群落结构,细菌群落结构更易波动。相较于醋曲原料,醋曲成品中显著富集扣囊复膜孢酵母(Saccharomycopsis fibuligera)、东方伊萨酵母(Issatchenkiaorientalis)等真菌,以及克罗彭斯特菌属(Kroppenstedtia)...     

耻垢分枝杆菌感染人脐带间充质干细胞模型的建立及其特征

【背景】结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, Mtb)休眠菌形成被认为是潜伏结核感染(latent tuberculosis infection, LTBI)的主要原因,但目前缺乏体内和体外模型进行机制研究。新近研究表明Mtb可感染间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSC)并以休眠状态在细胞中长期存活。然而Mtb感染细胞模型存在周期长和生物安全要求高等问题,需要探索可用的MSC感染细胞模型用于Mtb休眠机制的研究。【目的】建立快速生长型耻垢分枝杆菌(Mycobacteriumsmegmatis,Ms)感染人脐带间充质干细胞(human umbilical cord MSC, hUCMSC)的细胞模型并研究其特征。【方法】取分离好的hUCMSC,流式细胞术鉴定其表面标志性抗原;以Ms菌株感染hUCMSC,DiI标记细胞膜,荧光显微镜下观察细胞吞噬作用;平板法计数Ms胞内存活率;油红O染色观察细胞脂滴形成;鬼笔环肽荧光染色观察细胞骨架变化;实时荧光定量PCR(realtimequantitativePCR,RT-qPCR)检测Ms...     

微生物燃料电池降解苯酚过程中微电场对阴极微生物多样性的影响

[背景]苯酚废水作为一种毒性强、难降解的废水而备受关注.目前,微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)已经广泛用于苯酚废水的降解,MFC的产电效果和苯酚的降解效率与反应器内的微生物群落有着密切关系.[目的]为了提高MFC的产电效果及对有害物质的降解能力,需要对MFC中苯酚的降解和微生物群落结构进...     

基于CiteSpace的磷转化微生物研究文献计量和可视化分析

【背景】磷转化微生物对于自然环境中的磷循环具有重要作用。此类微生物通过对环境中磷素的溶解矿化和吸收转运等作用促进资源高效利用,减少环境污染,对粮食安全和生态系统稳定也具有积极的影响。【目的】探究近年来国内外关于磷转化微生物的发展热点及趋势,展示该领域的知识结构和知识演化过程,为后续研究提供可行性的参考和启示。【方法】应用Cite Space可视化软件对2002-2022年发表在中国知网(CNKI)和WebofScience(WOS)数据库中的文献通过关键词共现分析、关键词聚类分析、关键词突现分析、发文数量分析、国家分布、作者合作共现及机构合作共现等方式对磷转化微生物的研究现状及新兴趋势进行分析。【结果】最终共筛选出887篇有效文献。磷转化微生物研究在2016年后开始蓬勃发展,近几年增速加快;中国和美国学者是此领域重要的研究力量;中国是发文量最多的国家,中国科学院是发文量最多的机构;热门的研究领域为菌株的分类与筛选、代谢途径、营养元素循环以及环境污染与生态保护。【结论】磷转化微生物具有广阔的发展前景。目前,生物炭及磷转化微生物的响应机制正在成为新的研究热点。此类技术在未来的广泛应用是必然...     

The production of clonal and axenic cultures of microalgae using fluorescence-activated cell sorting

Unialgal cultures of the flagellate algae Cyanophora paradoxa, Haematococcus lacustris, Monomastix sp., Scherffelia dubia and Spermatozopsis similis which contained bacteria were sorted by flow cytometry to obtain axenic clonal cultures. The variables used for fluorescence-activated cell sorting (FACS) were chlorophyll autofluorescence, forward scatter and side scatter of the laser beam. To produce clonal cultures, a single cell was sorted into each culture flask. Depending on the species, about 20–30% of the sorted cultures grew successfully and at least 20% of these were axenic even if the numerical ratio betweeen bacteria and algae in the original cultures was as high as 300:1. FACS represents an effective and rapid method for the preparation of clonal and axenic cultures of microalgae.     

红球菌R04细胞的不对称分裂及其在联苯胁迫下的分裂抑制

【目的】研究红球菌R04细胞的分裂方式及联苯对其形态和细胞分裂的影响。【方法】以一株多氯联苯降解菌株(Rhodococcus sp.R04)为研究对象,利用荧光显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜分析红球菌R04在不同培养条件下的细胞分裂。【结果】红球菌R04细胞表现出对称分裂(约占30%)和不对称分裂(约占70%)两种分裂方式,且培养条件不影响不对称分裂细胞所占的比例。细胞分裂过程中,隔膜主要分布于细胞长度的30%–50%。在联苯的分解代谢过程中,红球菌R04细胞的生长分裂会受到联苯的抑制,但不影响红球菌R04细胞的分裂方式,在联苯胁迫下,细胞形成丝状化,表现出异常分裂,随着培养时间的延长,在细胞生长指数后期至转换期,细胞能够进行正常分裂。【结论】环境异生型化合物联苯/多氯联苯对其降解菌株——红球菌R04细胞的生长和分裂有较强影响,但是并不影响其分裂方式。