Nature Communications：最新技术实现在活细菌中观察噬菌体释放过程

天主教鲁汶大学(法语)的研究人员采用新型原子力显微技术，首次在活大肠杆菌中直接观察了噬菌体的释放过程，获得了高分辨率的图像。相关文章发表于2013年12月13日的《Nature Communications》杂志上。



Nature Communications：最新技术实现在活细菌中观察噬菌体释放过程

以force-distance(FD)为基础的原子力显微镜，是生物学家的一个强大武器，能够在纳米水平上反映样本的生物物理学特性。不过，传统原子力显微技术的横向分辨率有限，难以成像复杂的生物学过程，限制了这一技术的应用。

现在，天主教鲁汶大学(法语)的研究人员采用新型原子力显微技术，首次在活大肠杆菌(Escherichia coli)中成像了单个噬菌体挤出细胞壁的过程。这项发表在Nature Communications杂志上的研究指出，以FD力学曲线为基础的原子力显微技术，可以帮助人们在多种复杂的生物系统中(从病毒到组织)，成像分子的相互作用。

“不论从技术上还是生物学角度看，我们的实验结果都很突出，”领导这项研究的Yves Dufrêne教授说。“就我们所知，这还是首次在活细菌中成像单个噬菌体的装配和释放。”

“这项研究向人们展示，在极高的分辨率下观察活细菌是可行的，”文章的作者之一PatrICE Soumillion说。“AFM技术发展得非常快，现在这一技术有望帮助人们，在哺乳动物的表面监控其他病毒的释放。”

“几年前，我们在就开始尝试成像单个噬菌体的释放，但那时的AFM太慢分辨率也不够，”文章的第一作者David Alsteens说。研究人员在文章中高度评价了他们使用的multiparametric AFM成像技术。

研究人员构建了受噬菌体感染的菌株，并在噬菌体末端贴上多聚组氨酸标签。随后，他们给成像系统引入了，能与多聚组氨酸标签结合的生化敏感性AFM针尖，并在此基础上记录噬菌体释放时的力学曲线数据。

研究显示，上述技术不仅能在活细胞上成像噬菌体的释放位点，还能反映样本的弹性。研究人员指出，噬菌体的装配和释放位点在细菌的中隔(septum)附近。

“AFM技术可以在成像单个受体位点的同时体现样本的弹性，在此基础上人们可以研究许多细胞生物学中的重要问题，例如细胞粘附和细胞生长的分子机制，”Dufrêne说。

原文摘要：

Multiparametric atomic force microscopy imaging of single bacteriophages extruding from living bacteria

David Alsteens, Heykel Trabelsi, Patrice Soumillion & Yves F. Dufrêne

Force-distance (FD) curve-based atomic force microscopy is a valuable tool to simultaneously image the structure and map the biophysical properties of biological samples at the nanoscale. Traditionally, FD-based atomic force microscopy has been severely limited by its poor temporal and lateral resolutions. Here we report the use of advanced FD-based technology combined with biochemically sensitive tips to image filamentous bacteriophages extruding from living bacteria at unprecedented speed and resolution. Directly correlated multiparametric images of the structure, adhesion and elasticity of infected bacteria demonstrate that the sites of assembly and extrusion localize at the bacterial septum in the form of soft nanodomains surrounded by stiff cell wall material. The quantitative nano-bio-imaging method presented here offers a wealth of opportunities for mapping the physical properties and molecular interactions of complex biosystems, from viruses to tissues.

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