细菌无处不在

细菌是微生物在我们,他们在我们的身体周围,在我们所吃的食物,在我们呼吸的空气。有些细菌是有帮助的,但其他人可能导致疾病。科学家们想了解致病病原体工作,这样他们就可以帮助做出更好的治疗病人。科学家们还想知道如何培养良好的细菌,保持我们的健康。大多数研究者研究细菌在实验室。研究细菌在一点点的土壤或从擦拭你的皮肤是很困难的1]。这些样本只有有限数量的细菌研究通常包含许多类型的细菌的混合物。越来越“农场”的不同类型的细菌在实验室里要容易得多。人员可以增长很多的某些细菌与他们当他们想做一个实验。然而,“农业”细菌不涉及绿色田野或猪笔!相反,研究人员在许多种类的细菌生长媒体。

哦,你将增长的地方(细菌)

当你听到这个词“媒体”,你可能会觉得电视,电影,或社会媒体。但是,当微生物学家说“媒体”,他们正在谈论他们是如何生长的细菌。就像农民喂养的鸡比他们喂养鱼不同的食物,不同种类的细菌也需要不同的营养生长。我们可以让媒体各种成分或配方喂养特定类型的细菌。同时,媒体越来越多的细菌可以是液体或固体(图1)。比较养鸡场和渔场:鸡生活在草地上(一个固体底物)和鱼生活在水(液体衬底)。研究人员把液体变成固体通过添加一个名为琼脂的成分。琼脂类似Jello-it溶解成热的液体,并把它们转换成扭动的固体当冷却下来。科学家们用液体或固体文化为不同的目的。液体文化就像一个大细菌soup-everything混合。坚实的文化让细菌生长在结构化的社区,如城市:单个细菌吃什么以及它如何与邻国改变基于位置的生活(2]。

科学家们如何选择他们的媒体吗?

因此,科学家们如何选择使用哪个媒体的实验吗?这取决于他们想要什么问题的答案。科学家们研究病原体引起皮肤疾病可以生长的细菌在固体基质模仿细菌是如何生长在皮肤上。研究人员感兴趣的细菌基因可能不担心细菌增长细菌的DNA应该如何保持不变无论如何培养。科学家们也选择营养如何使媒体。细菌在土壤中营养物质包围,但皮肤病原体通常生活在nutrient-limited环境。决定使用哪个媒体是重要的第一步,科学家在设计实验。

真实的实验:善与恶大肠杆菌

让我们探索一个真正的实验设计过程研究的细菌物种大肠杆菌(大肠杆菌)。因为你可能已经听说过这个物种大肠杆菌食源性疾病会导致当它生长在牛肉和生菜。然而,某些类型的大肠杆菌实际上是为我们好!这些益生菌大肠杆菌可以帮助抵抗致病大肠杆菌在肠道。对于我们的研究,我们想研究益生菌大肠杆菌应变称为Nissle停止的另一个压力大肠杆菌从幸存的药物治疗3]。首先,我们增长模型致病大肠杆菌在低营养的液体介质。最小数量的营养物质代表感染环境。我们选择液体培养所以我们添加的药物混合均匀并达到所有细菌。几小时后,我们把药物并测量有多少细菌仍然活着。即使有很高的药物剂量,一些细菌总是活了下来。我们尝试添加益生菌Nissle杀死服药治疗细菌和它工作!减少病原体存活Nissle时添加到文化。

如果我们能学习Nissle是如何工作的,我们可以试着让它更好的在杀灭病原体。所以,重要的问题是:如何Nissle杀死其他细菌吗?Nissle可能直接接触其他细菌杀死他们4]。或者,Nissle可以发送通过其他细菌的液体化学攻击。需要大量的时间和金钱直接观看我们的细菌在显微镜下是否接触或通过媒体发送小分子。相反,我们选择设计一种新型的文化系统来回答这个问题。

设计一个新的文化系统

我们叫我们的新系统h电池因为两院(或“细胞”)看起来像字母H (图2一个,B)。一座桥和一个过滤器连接两院。过滤器微观开口太小了细菌通过,但大到足以允许液体和化学信号室之间的流动。因此,过滤阻止益生菌和病原体直接接触。当我们重复实验h电池,我们增长益生菌Nissle一边和其他药物治疗细胞(图2 c)。与试管实验不同,Nissle不在h电池杀死细菌药物治疗。这个结果意味着Nissle杀死病原菌必须有身体接触!

h电池允许我们问其他有趣的关于细菌相互作用的问题。与Nissle实验不同的是,并非所有的细菌之间的相互作用是有害的。当某些细菌物种在一起,药物可以有效对付他们。许多研究人员感兴趣的是这些细菌如何生存作为合作伙伴(5]。研究细菌的关系,研究人员需要一种方法来计算每个物种分别衡量每一种细菌的生存(图3)。这就是所谓的一个方法选择性电镀。我们首先使用一个液体培养生长的所有物种在一起。然后,我们取样的大型化文化,并将其转换到各种类型的固体媒体,每个包含一个独特的营养组合,“选择”特定的物种。细菌生长的数量在每个类型的固体媒体告诉我们有多少人与其他物种幸存下来。这种方法不工作如果各种细菌物种有相同的饮食。换句话说,这种方法不工作如果没有使用“选择性”营养生长一个物种与另一个。这个问题可以得到解决,通过使用h电池。研究人员可以研究细菌如何交互,因为两个物种可以通过液体媒体沟通;但是,当该计数幸存者,物种是物理上独立的,可以轻松地测量。

哪个系统是最好的呢?

正如你所看到的,有很多方法可以成长,研究细菌,但每个系统都有其跌宕起伏。试管液体媒体很容易,但它们不是非常类似于人体皮肤,土壤或其他细菌通常居住的地方。科学家建立了微芯片模拟环境或人体器官,但他们可以是昂贵和复杂的使用。没有系统是完美的,但这就是为什么科学问题研究由多个人员以不同的方式!研究者进行实验然后分享他们的方法的细节和结果与其他研究人员,这样每个人都可以比较他们的系统。总之,每个实验帮助我们描绘出一个更完整的画面的细菌是如何工作和如何阻止致病病原体。

术语表

病原体:↑细菌或其他微生物引起疾病。

媒体:↑特定的营养物质用于细菌增长。

微生物学家:↑一个科学家,研究微生物,如细菌、真菌和病毒。

底物:↑有机体生长在/;例子包括琼脂凝胶,液体或固体表面像塑料。

文化:↑一批细菌生长在实验室(名词);或者,在实验室生长的细菌(动词)。

益生菌:↑细菌物种,帮助促进健康的细菌平衡我们的身体。

h电池:↑一个定制的玻璃器皿培养系统。每个细菌种群之间的过滤器可以防止它们身体互动,但他们可以互相交流通过转移小分子穿过过滤器。

选择性电镀:↑方法从混合物中分离出某些细菌的细菌物种。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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原始的文章

↑兔子,p . J。,Englander, H. E., and Mok, W. W. K. 2022. Probiotic大肠杆菌Nissle 1917抑制细菌持续程序生存氟喹诺酮类治疗。j:。Microbiol。132:4020-32。doi: 10.1111 / jam.15541

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引用

[1]↑弗尔涅,p E。Drancourt, M。,科尔森P。,Rolain, J. M., La Scola, B., and Raoult, D. 2013. Modern clinical microbiology: new challenges and solutions.Nat。启Microbiol。11:574 - 85。doi: 10.1038 / nrmicro3068

[2]↑方式,C。,Dias Teixeira, R., Saha, D., Kaczmarczyk, A., Zemp, R., Wyss, F., et al. 2023. A genetic switch controls Pseudomonas aeruginosa surface colonization.Nat。Microbiol。doi: 10.1038 / s41564 - 023 - 01403 - 0。(Epub提前打印)。

[3]↑兔子,p . J。,Englander, H. E., and Mok, W. W. K. 2022. Probiotic大肠杆菌Nissle 1917抑制细菌持续程序生存氟喹诺酮类治疗。j:。Microbiol。132:4020-32。doi: 10.1111 / jam.15541

[4]↑Sonnenborn,美国2016年。大肠杆菌应变Nissle 1917 -从基础研究到临床应用和背部:一个特殊的历史大肠杆菌与益生菌菌株的特性。《。列托语。363:fnw212。doi: 10.1093 / femsle / fnw212

[5]↑Orazi G。,Ruoff, K. L., and O'Toole, G. A. 2019. Pseudomonas aeruginosa increases the sensitivity of biofilm-grown staphylococcus aureus to membrane-targeting antiseptics and antibiotics.mBio。10:e01501-19。doi: 10.1128 / mBio.01501-19