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單細菌的3D化學圖譜

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-10-12瀏覽次數:1133

國家同步加速器光源II(NSLS-II)科學家 - DOE DOE布魯克海文國家實驗室科學用戶設施辦公室 - 使用具有更高空間分辨率的單個細菌的超亮X射線成像。在過去。他們的工作發表在“科學報告”上,展示了一種稱為X射線熒光顯微鏡(XRF)的X射線成像技術,作為生成小生物樣本三維圖像的有效方法。

“這是我們第一次使用納米級XRF將細菌成像到細胞膜的分辨率,”NSLS-II論文的共同作者Lisa Miller說。 “膜水平的成像細胞對于了解細胞在各種疾病中的作用以及開發先進的醫學治療至關重要。”

X射線圖像的破紀錄分辨率歸功于硬X射線納米探針(HXN)光束線的先進功能,這是NSLS-II測試臺,具有新穎的納米聚焦光學系統和出色的穩定性。

“HXN是第一個用這種分辨率生成三維圖像的XRF光束線,”米勒說。

雖然其他成像技術(例如電子顯微鏡)可以以非常高的分辨率成像細胞膜的結構,但這些技術不提供關于細胞的化學信息。在HXN,研究人員可以生成樣本的三維化學圖,以確定整個細胞中微量元素的位置。

“在HXN,我們從一個角度拍攝樣本圖像,將樣本旋轉到下一個角度,拍攝另一個圖像,依此類推,”該研究的第一作者,NSLS-II科學家Tiffany Victor說。 “每張圖像都顯示了樣品在該方向上的化學特性。然后,我們可以將這些配置文件合并在一起以創建三維圖像。“

米勒補充說:“獲取XRF的3D圖像就像將醫生辦公室的常規X射線與CT掃描進行比較一樣。”

HXN產生的圖像顯示鈣和鋅這兩種微量元素在細菌細胞中具有獨特的空間分布。

“我們相信鋅與細菌中的核糖體有關,”Victor說。 “與真核(復雜)細胞,線粒體,細胞核和許多其他細胞器不同,細菌沒有很多細胞器。因此,它不是最令人興奮的成像樣本,但它是一個展示成像技術的良好模型系統。非常好。”/p>

HXN的主要光束科學家Yong Chu表示,成像技術也適用于許多其他研究領域。

“這種三維化學成像或熒光納米圖案技術在其他科學領域越來越受歡迎,”Chu說。 “例如,我們可以想象充電和放電時電池的內部結構如何變化。”

除了使用該技術打破X射線成像分辨率的技術障礙外,研究人員還開發了一種在室溫下X射線測量過程中對細菌進行成像的新方法。

“在理想的世界中,XRF成像應該在冷凍保存的冷凍生物樣品上進行,以防止輻射損傷,并對細胞過程有更多生理學相關的理解,”Victor說。 “由于HXN樣品室的空間限制,我們無法使用低溫恒溫器研究樣品。相反,我們將細胞嵌入小的氯化鈉晶體中,并在室溫下對細胞成像。氯化鈉晶體像細胞一樣保持棒狀。它們使細胞更容易定位并縮短實驗的運行時間。“

研究人員表示,證明X射線成像技術和樣品制備方法的有效性是大型項目中其他納米級生物細胞中微量元素成像的第一步。該團隊對銅在阿爾茨海默病的神經元死亡中的作用特別感興趣。

“鐵,銅和鋅等色素元素對營養至關重要,但它們也可能在疾病中發揮作用,”米勒說。 “我們希望了解含金屬蛋白質在疾病過程中的亞細胞定位和功能,以幫助開發有效的治療方法。”

這項工作得到了美國能源部科學辦公室,國立衛生研究院和國家科學基金會的支持。

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