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【应用实例】超分辨率显微镜在观察革兰氏阳性菌的细胞外囊泡生物中的应用

2023/06/21 10:44

阅读：90

应用领域：

生物产业

发布时间：

2023/06/21

检测样品：

其他

检测项目：

超分辨率显微镜

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参考标准：

方案摘要：

近年来，细菌细胞外囊泡（EV）被认为在多种生物学过程中发挥着重要作用，在肿瘤治疗和生物医学方面具有巨大的发展潜力。然而，对细菌EV的研究主要集中在从革兰氏阴性细菌释放的外膜囊泡，因为认为革兰氏阳性细菌中的最外层肽聚糖层作为物理屏障阻止EV的释放。

产品配置单：

分析仪器

力显智能科技INVIEW激光共聚焦超分辨STORM原理显微镜iSTORM

型号： iSTORM

产地：浙江

品牌：力显智能科技

¥350万 - 400万

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方案详情：

背景：近年来，细菌细胞外囊泡（EV）被认为在多种生物学过程中发挥着重要作用，在肿瘤治疗和生物医学方面具有巨大的发展潜力。然而，对细菌EV的研究主要集中在从革兰氏阴性细菌释放的外膜囊泡，因为认为革兰氏阳性细菌中的最外层肽聚糖层作为物理屏障阻止EV的释放。

结果：在这里，作者研究了超分辨率随机光学重建显微镜（STORM），基于EV的超分辨率图像，作者提出EV生物发生的三种主要机制，即膜起泡（机制1和2）或爆炸性细胞溶解（机制3），尽管有一些相似之处，但与革兰氏阴性菌的机制不同。

结论：这些发现突出了细胞壁降解在调节EV生物发生的各种机制中的重要作用，并呼吁重新评估革兰氏阳性菌中以前未解决的EV生物发生。

关键词：胞外囊泡，超分辨率显微镜，STORM，革兰氏阳性菌

研究结果（节选）

来自革兰氏阳性细菌的EV的纳米成像

图1 来自革兰氏阳性细菌的细胞外囊泡（EV）的超分辨率图像

3D STORM图像的S.没有EV的金黄色葡萄球菌（顶部）和具有EV的金黄色葡萄球菌（底部）。金黄色葡萄球菌用尼罗红、WGA、抗蛋白A或抗肠毒素B标记。相同区域的衍射极限荧光图像。B S.不含EV和含EV的金黄色葡萄球菌。C从STORM（尼罗红、WGA、蛋白A和肠毒素B）、SEM和TEM图像测量的EV的平均直径（平均值±SD; n=11-75）。D. S.从用尼罗红/WGA/抗蛋白A/抗肠毒素B标记的样品的STORM图像观察到的分泌金黄色的EV（平均值±SD; n=700-1400）。E用尼罗红、WGA、抗蛋白A或抗肠毒素B标记的EV的相关STORM和SEM图像。白色箭头：从STORM和SEM图像观察到EV。黄色箭头：从尼罗红图像观察到的EV，其未在SEM图像中示出，这意味着在通过细胞壁的出芽过程之前位于肽聚糖层内部的膜囊泡。蓝色箭头：从SEM图像观察到的EV，其未在细胞壁的STORM图像中显示，这意味着没有肽聚糖层的EV。F来自相关STORM和SEM图像的SEM图像中所示的EV中用尼罗红、WGA、抗蛋白A或抗肠毒素B标记的EV的分数（n=8-22）。G代表性STORM图像和尼罗红标记的S.分泌金黄色葡萄球菌的EV处于静息状态或分裂状态。(mean±SD; n=170- 540）比例尺：A、E和G为1 μm，B为500 nm

由革兰氏阳性菌产生的EV的组成

图2 革兰氏阳性细菌中EV的各种组成的多色STORM图像

A代表性的多色STORM图像S.没有EV的金黄色葡萄球菌（顶部）和具有EV的金黄色葡萄球菌（底部）。红色：WGA、蛋白A或肠毒素B。绿色：尼罗红。B对应于（A）中白色方框的区域的定位的横向概况。绿色条：从尼罗红的STORM图像测量的定位频率。红色条：从WGA、蛋白A或肠毒素B的STORM图像测量的定位频率。C从细菌表面上的EV测量的显示一种颜色（仅尼罗红）或两种颜色（尼罗红和WGA/蛋白A/肠毒素B）的EV的群体比率（平均值土SD; n=~30）。D产EV链球菌的WGA、蛋白A和肠毒素B的平均定位密度的比较。金黄色。E代表性的S.具有EV前体或最终EV的金黄色葡萄球菌。F S.具有EV前体或最终EV的金黄色葡萄球菌。G代表性的S.金黄色葡萄球菌与爆发性细胞裂解事件后产生的EV的细胞裂解。红色：WGA、蛋白A或肠毒素B。绿色：尼罗红。H S.金黄色葡萄球菌在爆发性细胞裂解事件后产生EV。I显示一种颜色（仅尼罗红）或两种颜色（尼罗红和WGA/蛋白A/肠毒素B）的EV的群体比率，其从爆炸性细胞裂解事件后释放的EV的STORM图像测量（n=~20）。白色箭头：观察EV。比例尺：A、E和G为1 μm，F和H为500 nm

革兰氏阳性菌的EV生物发生机制

图3 革兰氏阳性细菌中提出的EV生物发生机制

革兰氏阳性菌中EV生物发生的拟议模型。B、C代表性的S.金黄色葡萄球菌与EV的每种机制。红色：WGA。绿色：尼罗红。黄色箭头：扩展IWZ。D从STORM图像观察到的每种机制的细胞壁密度的比较。测量细胞壁中的平均定位数作为来自STORM图像的细胞壁密度。E由TEM图像测量的对比度和细胞壁曲率之间的关系。由指数函数得到的拟合线显示出反比关系。F S.从多色STORM和TEM图像观察到的通过每种机制产生EV的金黄色葡萄球菌（平均值±SD;来自STORM图像的η = 〜 1000，来自TEM图像的η = 〜 80）。G从STORM和TEM图像观察到的由每种机制产生的EV的直径的比较（平均值土SD; n=~30）。白色箭头：观察EV。比例尺：B中为1 μm，C中为200 nm

结论

作者的研究结果突出了革兰氏阳性菌EV生物发生的不同机制，这在以前的研究中被忽视。基于作者使用各种超分辨率显微镜技术的纳米级观察，作者提出了EV生物发生的三个主要机制，通过膜起泡（机制1和2）和爆炸性细胞裂解（机制3），这是类似的机制在革兰氏阴性细菌中观察到，尽管有一些显着的差异。这些技术通过成像其他EV成分，如基因，毒力因子和细胞代谢物，揭示EV生物发生的分子机制。此外，活细胞超分辨率成像的EV生物发生在革兰氏阳性细菌作为一个未来的工作是有用的可视化EV形成在真实的，这将需要确认在本研究中提出的模型。总体而言，本次研究使我们更好地理解革兰氏阳性菌中EV产生的分子机制将促进治疗剂和生物医学的发展。

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