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      用細(xì)菌群落制作錯綜復(fù)雜的圖像
      
			
      
				2019-04-25 10:17:34
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      斯坦福大學(xué)的研究人員利用光和基因工程細(xì)菌，能夠塑造細(xì)菌群落的生長。從波爾卡圓點(diǎn)到條紋到電路，它們可以在一夜之間渲染復(fù)雜的設(shè)計。該技術(shù)于3月19日在美國國家科學(xué)院院刊上描述，可以實(shí)現(xiàn)以25微米的分辨率生長的生物膜，其大約是一粒食鹽的四分之一。
      

      用細(xì)菌群落制作錯綜復(fù)雜的圖像
      

      “地球上的大多數(shù)細(xì)菌都生活在生物膜群落中，生物膜與健康疾病非常相關(guān) - 例如牙齒上的牙菌斑或基于導(dǎo)管的細(xì)菌感染，”生物工程助理教授，高級作者Ingmar Riedel-Kruse說。論文。“了解生物膜如何發(fā)揮作用是許多層面上的一個重要問題。”
      

      該小組表示，該技術(shù)可以闡明生物膜是如何生長的，并導(dǎo)致新型生物材料或合成微生物群落的開發(fā)，這些生物材料或合成微生物群落可以在小型裝置或系統(tǒng)中實(shí)施，例如微流體芯片或基于生物膜的電路。
      

      生物膜光刻
      

      該小組的技術(shù)依賴于大腸桿菌，這些大腸桿菌經(jīng)基因工程分泌粘性蛋白，以響應(yīng)特定波長的藍(lán)光。當(dāng)它們在修飾細(xì)菌的培養(yǎng)皿上以所需圖案照射適當(dāng)波長的光時，細(xì)菌粘附在被照亮的區(qū)域上，形成圖案形狀的生物膜。研究人員稱他們的生物膜光刻技術(shù)與用于制造電子電路的光刻相似。
      

      存在用于圖案化細(xì)菌群落的其他技術(shù)，包括用噴墨打印機(jī)沉積它們或用在特定區(qū)域中偏向細(xì)菌生長的化學(xué)物質(zhì)預(yù)先圖案化培養(yǎng)表面。然而，研究人員表示，生物膜光刻技術(shù)具有速度快，簡單，分辨率高，與各種表面環(huán)境(包括封閉式微流體裝置)兼容的優(yōu)點(diǎn)。
      

      利用生物膜光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜設(shè)計有助于探索細(xì)菌群落的動態(tài)。
      

      “生物膜存在于與其他細(xì)菌相關(guān)的社會環(huán)境中，”生物工程研究生，該論文的第一作者Jin Xiaan Jin說。“這些細(xì)菌之間的相互作用往往取決于它們相對于彼此的生長位置，這可能是一個很好的工具，可以準(zhǔn)確地確定某些物種可以生存的細(xì)菌群落的何時何地。”
      

      在測試生物膜光刻時，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的見解。他們認(rèn)為細(xì)胞進(jìn)出照明區(qū)域會導(dǎo)致圖案模糊，但設(shè)計結(jié)果卻出奇得多。這些清晰的圖像使得該小組得出結(jié)論，許多細(xì)菌必須已經(jīng)與培養(yǎng)表面微弱結(jié)合。而不是在盤子周圍巡航，似乎細(xì)菌不斷地在表面上跳躍。
      

      “在文獻(xiàn)中，有不同的模型表明某些細(xì)菌物種是如何形成生物膜的，”Riedel-Kruse解釋道。“我們認(rèn)為，至少在這個物種中，我們?yōu)檫@一假設(shè)提供了額外的證據(jù)。”
      

      硅的靈感
      

      巧合的是，研究人員用生物膜實(shí)現(xiàn)的25微米分辨率與第一個硅光刻相似，這有助于硅半導(dǎo)體的廣泛成功。同樣，研究人員也看到了許多用于細(xì)菌設(shè)計的多功能和有影響力的應(yīng)用。
      

      “我們希望這種工具能夠用于進(jìn)一步了解天然和合成的細(xì)菌群落，”Jin說。“我們也看到了讓這些社區(qū)做有用的事情的潛力，例如代謝生物合成或分布式生物計算。甚至可能創(chuàng)造出新型生物材料，如導(dǎo)電生物膜電路。”
      

      用細(xì)菌群落制作錯綜復(fù)雜的圖像
      

      研究人員目前正在采取措施，通過生物膜光刻同時培養(yǎng)多種細(xì)菌菌株，以建立多物種群落。特別是，他們希望了解生物膜中的細(xì)菌如何分享抗生素耐藥性 - 這是一個具有重要臨床意義的問題，因為眾所周知生物膜對抗生素治療非常頑固。
      
			

			
        
      
			
      
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