细菌中活体分析检测方案(激光拉曼光谱)

小结 DXR2xi显微拉曼成像技术在细菌分析中的应用 马书荣应用工程师 ThermoFisher Scientific 关键词 拉曼成像，活体分析，物质分布 引言 微生物的鉴别与分析是生命科学领域中的一个重要方面。许多微生物例如金黄色葡萄球菌、酵母菌等与我们的生命健康密切相关。细菌中蛋白质、核酸等活性物质具有特定的指纹拉曼光谱，可以实现对细菌本身的活性物质如蛋白质、核酸等分析。拉曼光谱具有非接触、无惧水等特点，因此也可以对细菌体内的合成物进行鉴别与分析，及快速研究细菌在不同环境下的损伤等。Thermo Fisher DXR2xi超快速显微拉曼成像光谱仪具有先进的自动化光学控制系统、高灵敏度智能化检测方式、优异的光谱分辨率和空间分辨率，结合采用并行算法的OMNICxi多功能软件及最大数据库等强大的分析功能，轻松进行微/纳米级样品的检测与分析，实现单个活性细菌的快速检测与分析。 细菌损伤鉴别 采用化学方法对大肠杆菌进行不同损伤程度处理，分为活菌，损伤菌和死菌。选取每类细菌的单个个体，采用DXR2xi显微拉曼光谱仪进行测试，取20个细菌样品获取平均光谱，如图5所示。其中在酰胺l键1670-1580cm1，1450-1300cm1，1200-1100cm1以及500cm一1一下的拉曼位移范围，死菌与活菌相比，表现出较的差异，蛋白质和氨基酸等活性物质结构发生了变化。损伤菌与活菌相比，主要表现在1450-1300cm1和1200-1100cm1的不同。 图5.化学损伤细菌的拉曼光谱：光谱由上至下依次为活菌，损伤菌和死菌的拉曼光谱 单个细菌检测 采用磁性富集的高活性SERS传感器结合适配子识别法检测金黄色葡萄球菌I1。 通过细菌表面的SERS传感器标记物的拉曼信号1331cm-1峰(归属于对称的硝基伸缩模式)，分析金黄色葡萄球菌。不同细菌浓度样品的点光谱如图1(a)所示，无SERS传感器的细菌样品(光谱g)无拉曼特征峰。当SERS传感器标记的细菌样品浓度低于10cells/mL时，同样观察不到明显的拉曼特征信号。当细菌样品浓度为10cells/mL时，才出现明显的1331 cm-1峰，并且随着浓度的增大而增强。根据峰强与样品浓度的关系，建立1331 cm-1峰强度和细菌浓度对数之间的线性曲线(图1(b))，t可进行定量分析。采用高空间分辨性能的DXR2xi拉曼成像技术可以实现单个细菌的检测。如图2(a) 所示， SERS传感器与金黄色葡萄球菌连接之后，其结构尺寸约600nm左右。拉曼成像结果如图2(c，d)示，成像质量非常高，清晰的观察到金黄色葡萄球菌所处中心区域及整个SERS标记之后样品边缘区域的拉曼信号强弱(图2(d))，准确区分样品与基底，实现几百纳米级别的微小样品分析。 图1.不同细菌浓度的SERS光谱(a)和线性曲线(b) 图2.SERS传感器包覆的单个细菌：SEM图(a)，拉曼白光图像(b)，拉曼成像(c)，对应拉曼成像区域的拉曼光谱(d) 酵母菌是一些单细胞真菌，与我们的日常生活及生命健康紧密相关。其结构与高等植物的细胞一样，比较复杂。其直径约2-6um， 长度约5-30um。在一定合适的培养条件下，酵母菌会在体内代谢合成一些目标产物。对于这些微量的目标产物， DXR2xi拉曼成像技术可以进行鉴别及分析其在细菌体内的分布情况，快速实现无损、非接触式的活细菌检测与分析。 图3.细菌空白组(紫色光谱)和实验组(体内内有合成物CdSe)(红色光谱)的拉曼光谱 图4.不同物质在细菌内的特征峰分布：细菌空白组和实验组 如图3所示，与空白组样品相比，实验组细菌样品的拉曼光谱在202cm1和408 cm-1附近出现了明显的特征峰，归属于CdSe的特征振动峰。同时可观察归属于细菌本身活性物质的750cm1、1588cm1和1654cm1附近的拉曼峰发生了变化，推测是由于CdSe的存在引起的。采用超快速拉曼成像分析单个活性酵母菌体内物质的分布，如图4所示，分别选取待测物CdSe的特征峰202 cm1和408 cm-，以及归属于蛋白质二级结构的特征峰1588cm-1和1654cm1进行成像分析。CdSe只在实验组细菌体内中一定区域分布，并且由于CdSe的存在，使得实验组细菌体内1588 cm-1特征峰分布发生很大变化。 利用革新的DXR2xi显微成像拉曼光谱仪，通过蛋白质、氨基酸等生物活性物质的拉曼光谱特征性，可以轻松实现几微米甚至几百纳米大小单个细菌的检测与分析。利用超高灵敏度、超高空间分辨率的DXR2xi成像技术有助于快速研究单个活性细菌体内物质的分布，实现微生物的活体分析。拉曼光谱及拉曼成像技术为微生物的研究提供了一种无损、快速、无惧水的研究工具。 ( 1 .Junfeng W ang et al， ACS Appl. Mat e r. Interfaces2015， 7， 20919-20929 ) 更多信息请见： www.thermoscientific.com/nanodrop @2016赛默飞世尔科技。版权所有。所有商标属于赛默飞世尔科技及其子公司。规格、条款和定价或按情况改变。不是所有的国家都能购买到所有的产品。欲知详情，请咨询您当地的销售代表。 赛默飞世尔科技 SCIENTIFIC 热线电话：ales.cad@thermofisher.comwww.thermofisher.comSCIENTIFICPart of Thermo Fisher Scientific 采用化学方法对大肠杆菌进行不同损伤程度处理，分为活菌，损伤菌和死菌。选取每类细菌的单个个体，采用DXR2xi显微拉曼光谱仪进行测试，取20个细菌样品获取平均光谱，如图5所示。其中在酰胺I键1670-1580cm-1，1450-1300cm-1，1200-1100cm-1以及500cm-1一下的拉曼位移范围，死菌与活菌相比，表现出较的差异，蛋白质和氨基酸等活性物质结构发生了变化。损伤菌与活菌相比，主要表现在1450-1300cm-1和1200-1100cm-1的不同。