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基于ICP-MS的细菌表面D-丙氨酸和细菌的定量计数

梁勇  杨利民  王秋泉  
【摘要】:细菌是非常重要的一类生物种群,与人类健康和社会发展息息相关[1]。关于细菌这类微生物研究的一个重要发现就是作为原核生物的细菌区别于真核细胞能够特异性地利用D-丙氨酸(DA)合成细菌表面的肽聚糖结构,DA被特异性地交联到细菌表面,这一独特的生物学合成机制为生物化学家提供了研究细菌的一条有效途径[2]。在本研究中,我们利用炔基(alkyne)修饰的DA(ADA),对两种最具代表性的模型细菌,大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus),通过细菌自身代谢将炔基锚定到细菌表面,继而利用Azide-Alex Fluor 488和Azide-DOTA-Eu作为报告基团进行细菌标记。我们首先利用荧光共聚焦显微镜证明ADA细菌代谢标记策略的可行性,继而通过电感耦合等离子体质谱来精确定量细菌肽聚糖结构中的ADA(图1a)。Azide-Alex Fluor 488点击化学荧光成像研究结果表明ADA被成功地锚定到了细菌表面(图1b),我们继而利用Azide-DOTA-Eu标记已代谢交联到细菌表面肽聚糖结构中ADA,通过ICP-MS对Eu的高灵敏定量测定,实现了76个S.aureus和225个E.coli定量计数(图1c),并可以推算出这两种细菌表面DA的密度分别为(1.41±0.02)×10-18和(2.05±0.02)×10-18 mol/bacterium。这种基于特殊氨基酸代谢标记的细菌成像和定量分析方法不仅可以实现传统的荧光成像,而且利用ICP-MS对镧系元素的检测优势克服了荧光检测线性范围较窄、生物自发荧光背景干扰等不足,实现了肽聚糖结构中DA的准确定量。这对细菌分析方法的改进和细菌代谢生物学研究都有重要意义。

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