研究

研究人员使用3D液滴印刷来更好地观察和操纵细菌

研究人员来自牛津大学已经开发了一种基于液滴的3D打印方法,能够在微米级定制细菌基因型,这可能会引发生态学的重大变化。

使用液滴印刷,研究人员能够打印肠道菌大肠杆菌的菌株,也称为大肠杆菌,并改变其间距以创造细菌的定制群落,以便在放置侧面时菌株如何彼此反应以特定模式旁边。

研究人员索赔,能够操纵微米级的这种细菌的布置能够更大的观察和理解其行为,甚至可能是“对生态结果”至关重要。

液滴印刷产生具有定义的微米级图案的可行细菌群落。
液滴印刷产生具有定义的微米级图案的可行细菌群落。通过自然通信的图像。

操纵细菌和它告诉我们的东西

不同菌株和空间细菌种类的位置被认为对细菌“社区”的生态是至关重要的,并且轮到他们如何影响我们。当社区首次发展也被认为是一个关键的预测因素是一个关键的预测因素,其中菌株占主导地位,更普遍地,这种社区是否会茁壮成长或灭亡。

当菌株分开在不同的斑块中,这有望限制竞争机制的影响,基本上,在不同种类的细菌互相斗争的情况下,促进共存。然而,这仍然是一个假设,直到现在对这个理论的直接测试存在障碍。

正如研究人员所指出的那样,已经开发了各种3D印刷技术,其能够定位和图案化微生物,但通常这项工作更加集中在生产生物材料, 如细菌传感器。虽然3D印刷先前在这一领域的研究之前,细菌在社区的重视时,细菌如何增长和互动。

11月2020年,物理学家莱顿大学3D印刷微米级“microWimmer”结构帮助他们更好地研究水细菌,而其他地方的研究人员普渡大学开发A.3D印刷胶囊能够在人类的胃肠道内进行抽样细菌。

微米级结构通过创造生态避难所来形状易感和耐凝固蛋白的菌株之间的竞争。
微米级结构通过创造生态避难所来形状易感和耐凝固蛋白的菌株之间的竞争。通过自然通信的图像。

印刷图案化细菌社区

为了使屏障在千分尺刻度下布置细菌结构,牛津研究人员开发了一种高分辨率液滴印刷技术,使它们能够在特定的亚微米测量线上定位在特定的亚微米测定中的相互作用微生物。因此,他们能够通过在非常精细的尺度上改变它们的布置来操纵和研究微生物社区的生态。

为了证明它们的方法,研究人员在110μm直径液滴中印刷含有大肠杆菌细胞的量的大肠杆菌,其通过逐线印刷沉积到图案中。液滴最初被磷脂单层包围 - 一类含有两种脂肪酸,磷酸盐基和甘油分子的脂质 - 以产生稳定的无支持结构。

然后将所得结构凝胶凝胶,并通过添加油除去脂质双层以产生最终印刷的细菌群落。在其印刷群落中,大肠杆菌细菌从单细胞分散体增长到3D微菌根中。研究人员用不同的荧光颜色印刷了两种大肠杆菌的菌株,以证明它们打印特定模式并改变遗传混合量的能力。通过这一点,研究人员能够清楚地观察两种菌株如何根据其空间排列而互相互动。

微米级结构形状植物菌株之间的竞争,可以推动相互破坏。
微米级结构形状植物菌株之间的竞争,可以推动相互破坏。通过自然通信的图像。

影响微生物社区

在他们的实验结束时,研究人员发现,在微米级别的细菌的空间结构变化确实会影响大肠杆菌菌株之间干扰和竞争的结果。值得注意的是,他们观察到,在这种精细规模上改变细菌的结构可以将竞争的结果从一个统治着彼此的一个菌株转变,并且这种图案可能是一种突变蓬勃发展和相互破坏之间的差异。

该研究的一个关键发现证实,空间隔离通常是保护性的,并限制了一个菌株对另一个菌株的影响。将来,研究人员将进一步探索从另一个细菌菌株提供“避难”的因素,例如菌株生长在一起的时间长度,细菌的营养成果以及菌株的初始频率。

目前,他们认为他们的作品可能具有很大的跨越许多物种和生态互动,并且它对理解和控制微生物社区具有重要潜力。

有关该研究的进一步信息可以在标题的论文中找到“液滴印刷揭示了微米级结构对细菌生态的重要性”,发表在自然期刊上。本文由R.Kumar,T. Meil​​ler-Legrand,A. Alcinesio,D.Gonzalez,D.Mavridou,O. Meacock,W.Smith,L.周,W.Kim,G. Pulcu,H。拜利和K.福斯特。

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特色图片显示液滴印刷产生具有定义的微米级图案的可行细菌群落。通过自然通信的图像。