强碱胁迫枯草芽孢杆菌芽孢致死的拉曼光谱研究

应用单细胞拉曼分析技术结合PCA方法,以枯草芽孢杆菌芽孢为对象,以强碱为诱导剂实时记录芽孢生理变化过程,探究芽孢在强碱胁迫下的致死机制。实验表明,枯草芽孢杆菌芽孢和其萌发后芽孢在一定范围均有一定的耐受强碱能力,但萌发后芽孢的耐受力明显下降,主要原因是释放了维持其抗性及稳定性的特有Ca2+-DPA的保护;芽胞受强碱胁迫也会有少量Ca2+-DPA释放过程的行为特征,但通过分析所记录的光谱数据结果表明,其释放行为不同于由L-丙氨酸引起的芽孢的正常Ca2+-DPA释放过程。通过PCA比较分析强碱胁迫芽孢和萌发后芽孢Ca2+-DPA释放过程,主要是强碱破坏芽孢膜结构,膜损伤后强碱比较容易进到芽孢内部从而破坏蛋白质的主链结构链及核酸;芽孢膜通道也可能受到强碱的伤害,造成微量Ca2+-DPA的释放。     

乙醇胁迫酵母凋亡过程的单细胞喇曼光谱

在群体细胞水平和单个酵母细胞水平上,应用光镊喇曼光谱技术对高浓度乙醇胁迫过程中细胞内生物大分子物质的动态变化进行实时监测.基于两种水平上的研究结果显示:在高浓度乙醇胁迫下,归属于核酸的喇曼峰(721,1 083,1 301cm-1)、归属于蛋白质的喇曼峰(721,858,1 001,1 301,1 445,1 608,1 657cm-1)和归属于脂类(1 083,1 301,1 445cm-1)喇曼峰的峰强度都随处理时间的延长而显著降低,说明了高浓度乙醇诱导酵母凋亡过程中核酸、蛋白质、脂类等物质的含量是逐渐降低的.结合单因素分析法与重复测量分析法发现,群体细胞与单个细胞光谱的变化有明显差异性,反映基于群体细胞的研究,个体细胞的信息被平均光谱信息所掩盖,无法体现个体间所存在的差异.应用激光镊子喇曼光谱技术基于单个细胞水平上的研究能更直接、真实地反映高浓度乙醇胁迫下细胞内生物大分子变化的动态信息.     

单细胞激光拉曼光谱检测重组大肠杆菌细胞表达甲酸脱氢酶

甲酸脱氢酶(FDH,EC1.2.1.2)在工业生产中有重要的应用价值,工业上应用的FDH可以通过构建高水平表达重组FDH蛋白的基因工程菌生产,用分子生物学的方法检测重组蛋白的高效表达和积累操作繁杂,耗时耗力且需要破碎细胞。为了寻找一种简单快速,不需破碎细胞,且能实时检测FDH重组蛋白在基因工程菌中表达情况的方法,本研究应用单细胞激光拉曼光谱分析技术(LTRS),研究IPTG诱导不同时间后甲酸脱氢酶重组蛋白(FDH)在大肠杆菌细胞中的表达水平。结果表明,FDH的特征峰1004,1355,1455和1667cm-1随着IPTG诱导时间的延长而增强,说明在诱导培养过程中FDH重组蛋白在重组大肠杆菌细胞中表达并积累,这4个峰强的增加值所反映的FDH表达量与SDS-PAGE电泳分析结果一致。实验结果证明,LTRS是快速有效检测单个大肠杆菌活细胞体内重组FDH实时表达的一种非入侵方法。     

乙酸胁迫酵母细胞凋亡过程中单个线粒体损伤的拉曼光谱分析

应用激光光镊拉曼光谱技术(LTRS)作为一种非入侵分析线粒体的工具,结合氧电极法、紫外分光光度计法,研究乙酸胁迫酵母细胞后提取的线粒体,以及直接胁迫正常酵母细胞的离体线粒体的拉曼光谱.结果显示,乙酸胁迫酵母细胞后提取的线粒体的拉曼光谱,归属于核酸的谱峰(1081和1301 cm-1)、蛋白质的谱峰(872,1445,1604和1657 cm-1)、脂类的谱峰(1125,1301,1445和1657 cm-1)、Cyt c的特征峰(750和1125 cm-1)、线粒体呼吸特征峰(1604 cm-1),都随着诱导程度的加深而降低,与常规法测定的指标呼吸率,磷氧比,细胞色素C含量的降低,MDA含量的升高的变化趋势相似;乙酸直接胁迫线粒体的拉曼光谱,归属于核酸的谱峰(1081和1301 cm-1),蛋白质的谱峰(872,1445,1604和1657 cm-1),脂类的谱峰(1125,1301,1445和1657 cm-1),Cyt c的特征峰(750和1125 cm-1),线粒体呼吸特征峰(1604 cm-1),都随着诱导程度的加深而降低,与常规法测定的指标呼吸率、磷氧比、细胞色素C含量的降低,MDA含量的升高的变化趋势相似.结果表明,乙酸胁迫细胞过程中,乙酸进到细胞内可能直接作用于线粒体,引起线粒体内物质的释放,导致依赖于线粒体途径的细胞凋亡.     

酵母同步细胞的Percoll连续密度梯度改良方法分离及其单细胞拉曼光谱鉴别

利用改良后的Percoll连续密度梯度分离方法,分离不同酵母菌株稳定期的同步细胞,并在单细胞水平上,应用激光光镊拉曼光谱对分离的同步细胞进行鉴别。采用高速离心机角式转头和2 mL聚丙烯离心管,20 ℃,19 320 g离心15 min,将大约1.75 mL Percoll溶液形成1.00～1.31 g·mL-1连续密度梯度;将样品均匀铺加在离心管连续密度梯度液顶层,20 ℃,400 g离心60 min,酵母分成明显的2层细胞带;微分干涉差显微镜（DIC）、相差显微镜以及同步生长曲线分析显示,下层酵母细胞以单个细胞为主,大小均匀、致密,折光性强,生长呈现阶梯式增长,具有同步细胞生长的特性,确定其为同步的G₀细胞。利用单细胞光镊拉曼光谱系统对所分离的G₀同步细胞与非G₀细胞进行分析,结果显示G₀同步细胞和非G₀细胞的特征峰位置基本一致,但G₀细胞对应的蛋白质、糖类、核酸等生物大分子特征峰强度大于非G₀细胞,说明G₀细胞大分子物质含量要比非G₀细胞的高;对G₀细胞和非G₀细胞进行主成分分析,结果显示,分离的同步化G₀细胞之间成分含量差异少,比较均一,而非同步细胞之间内含物质差异大,呈不均一性,说明单细胞光镊拉曼光谱系统可以鉴别同步和非同步细胞。改良后的Percoll连续密度梯度分离方法,能够分离多数酵母菌株同步化细胞,是一种易操作、成本低、效率高的细胞分离方法。