細(xì)菌是一種單細(xì)胞生物體，個體非常小，目前已知小的細(xì)菌只有0.2微米長，因此大多只能在顯微鏡下被看到。細(xì)菌廣泛分布于土壤和水中，或者與其他生物共生。人體身上也帶有相當(dāng)多的細(xì)菌。據(jù)估計(jì)，人體內(nèi)及表皮上的細(xì)菌細(xì)胞總數(shù)約是人體細(xì)胞總數(shù)的十倍。

鐵是細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行各種生物過程所必須的金屬輔助因子。通常，鐵作為一種可抑制細(xì)菌生長的營養(yǎng)元素，細(xì)胞中的總鐵含量限額取決于細(xì)胞的生長狀態(tài)和代謝需要。細(xì)菌的生長和繁殖必須有鐵的供給才能得以進(jìn)行。但細(xì)胞內(nèi)多余的可溶性鐵是有毒的。

在確定細(xì)胞生長條件和應(yīng)激反應(yīng)的影響時，實(shí)時地測定細(xì)菌細(xì)胞中的鐵含量可提供關(guān)于細(xì)菌中鐵耐受限值的信息。監(jiān)測單個細(xì)胞內(nèi)的鐵含量還可了解細(xì)胞中鐵的分布情況，從而確定細(xì)胞群的同質(zhì)性。

在本次實(shí)驗(yàn)中，我們利用單細(xì)胞電感耦合等離子體質(zhì)譜 SC-ICP-MS法分別測定了三種菌株的單個細(xì)胞的鐵含量。這三個菌株分別是大腸桿菌B株(Eco)、枯草芽孢桿菌168株(BAC) 和紅球菌RHA1株(RHA)。

樣品

大腸桿菌B株(Eco)，枯草芽孢桿菌168株(BAC) 和紅球菌RHA1株(RHA)，其菌株的細(xì)胞尺寸分別約為2μm、4μm和10μm±2。經(jīng)過培養(yǎng)后，被等分成1mL樣本，并儲存在50%的甘油中于-20℃保存。

SC-ICP-MS分析的細(xì)菌細(xì)胞樣品

實(shí)驗(yàn)

將細(xì)菌細(xì)胞樣品放入35℃水浴中解凍1min，然后將樣品置于冰袋，使用1%磷酸鹽緩沖液(PBS) 將樣品稀釋至含有100,000個細(xì)胞/mL的樣品稀釋液后立即上機(jī)SC-ICP-MS分析。

NexION 2000 ICP-MS及實(shí)驗(yàn)條件

通過采用純氨氣通入反應(yīng)池的模式（反應(yīng)模式），消除ArO+對56Fe+的干擾。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

細(xì)胞濃度為50,000個細(xì)胞/mL時，大腸桿菌B株、枯草芽孢桿菌168株和紅球菌RHA1株的56Fe的信號掃描圖。橫坐標(biāo)單位為ag，表明了單個細(xì)胞中鐵含量的分布情況。其中大腸桿菌B株的單個細(xì)胞平均鐵含量低，而紅球菌RHA1株的單個細(xì)胞平均鐵含量高。

為測試細(xì)胞重疊現(xiàn)象，將細(xì)菌細(xì)胞經(jīng)系列稀釋后進(jìn)行測定。上圖表明，將細(xì)菌細(xì)胞稀釋至100,000、75,000和50,000個細(xì)胞/mL濃度時，單個細(xì)胞的鐵平均含量并沒有發(fā)生變化，反而每次稀釋后，細(xì)胞數(shù)量呈線性變化，結(jié)果表明，細(xì)胞濃度對細(xì)胞重疊無顯著影響。

結(jié)論

單細(xì)胞ICP-MS法可以準(zhǔn)確定量單個細(xì)菌細(xì)胞中的鐵含量，可以提供細(xì)菌培養(yǎng)物中的單個細(xì)胞內(nèi)鐵分布信息。所建立的分析方法可以為嚴(yán)格控制細(xì)菌細(xì)胞的總鐵含量提供支持。單細(xì)胞ICP-MS法還可用于在不同應(yīng)激條件下生長的細(xì)菌細(xì)胞中鐵含量分布的測定。

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