Влажнее — лучше: новые методы микроскопии повышают точность визуализации микробных биоплёнок
На месте бывшего уранового рудника в Рифле, Колорадо, учёные изучают взаимодействие микробов с минералами и металлами, чтобы лучше понять процессы, способствующие восстановлению территории. Электронная микроскопия (ЭМ) обеспечивает необходимое разрешение для изучения микробной трансформации металлов, но есть загвоздка.
Обычно подготовка образцов для ЭМ приводит к их обезвоживанию. Обезвоживание микробного образца может привести к его усадке и искажению формы (морфологии). Поэтому учёные из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли использовали передовые методы ЭМ в EMSL Министерства энергетики США, чтобы получить более «влажное», а значит, и лучшее понимание морфологии бактерий, трансформирующих металлы, и их взаимодействия с минералами.
Результаты этого исследования важны для разработки стратегий восстановления окружающей среды, в частности, для оценки влияния микробов на промежуточные (поровые) процессы переноса и биогеохимические процессы. Изучение этих процессов требует понимания гидратированной микробной морфологии, например, морфологии внеклеточных полимерных веществ (EPS).
EPS — это гидратированная сеть липидов, полисахаридов и белковых комплексов, обычно ассоциированных с металлами и радионуклидами. Они также важны для формирования биоплёнок и, следовательно, влияют на процессы от коррозии до таких заболеваний, как муковисцидоз. EPS — одни из самых сложных для изучения в естественном состоянии биологических структур, что представляет серьёзную проблему для получения точных изображений с помощью ЭМ.
Используя культуры металловосстанавливающих микроорганизмов и образцы с загрязнённого ураном участка Integrated Field Research Challenge в Рифле, Колорадо, учёные сравнили традиционные методы подготовки образцов с методами, доступными в EMSL. Возможности визуализации в EMSL варьируются от просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и сканирующей электронной микроскопии до набора инструментов с криогенными (замораживающими) возможностями. EMSL — одно из немногих мест в США и единственная пользовательская установка, где такие возможности доступны в настоящее время.
Их сравнение показало, что для лабораторных микробных культур и природных биоплёнок криогенные методы ЭМ давали в основном свободные от артефактов изображения, при которых клетки и внеклеточный матрикс сохранялись в близком к естественному гидратированном состоянии. В то же время традиционные методы вызывали значительную усадку высокогидратированного (примерно на 95% состоящего из H2O) внеклеточного матрикса. Возможность подготовки и изучения образцов в состоянии, близком к естественному, доступна пользователям через процесс подачи заявок в EMSL.