用低温电镜观察微生物与环境的相互作用

没有任何微生物是孤立的。了解它们是如何相互作用的以及它们周围的环境对于利用它们的有益特性和对抗有害行为是很重要的。

在分子甚至单个蛋白质水平上观察微生物可以揭示微生物如何能够避免危险，寻找它们喜欢的环境并适应以充分利用它们的环境的细节。为了做到这一点，电子冷冻断层扫描(ECT)和低温电子显微镜(cryo-EM)等工具至关重要。

我们采访了阿丽亚娜·布里格尔，超微结构生物学教授莱顿大学生物研究所和微生物细胞生物学研究中心介绍了她的团队在微生物结构解析领域的工作以及低温电子显微镜所起的作用。

Karen Steward (KS):冷冻电镜技术对你们的工作有多重要?它对你们团队的能力有何影响?

阿丽亚娜·布里格尔:我们的研究主要研究与细菌行为有关的大分子复合物的结构和功能。例如，我们对化学受体阵列的分子结构感兴趣，这些分子结构引导运动细菌进入优先环境，更广泛地说，细菌如何在不断变化的环境中进行结构调整。ECT是我们用来在分子水平上三维研究大分子复合物的中心工具，无论是在完整细胞内还是在细胞内在体外．我们补充电痉挛疗法与其他方法，如遗传学，生物信息学和分子动力学。

KS:为什么我们了解微生物如何与环境相互作用很重要?提高我们在这一领域的知识可能产生什么影响或结果?

阿瑟:细菌在结构和代谢上适应周围的环境。因此，同一物种的细胞可能会有截然不同的形态和行为特征，这取决于它们所处的环境。对压力源(如抗生素和噬菌体感染)的易感性也可能因细胞形态的不同而有很大差异。由于这种天生的适应性，有必要形成一个详细的了解细胞结构如何重塑，以对抗和茁壮成长，尽管经常急剧变化的条件。这种结构的洞察力可能是设计针对感染期间特定分子机器的新型药物的关键先决条件。

KS:你能告诉我们一个你和你的团队在低温电子显微镜的帮助下所做的最有趣的发现或观察吗?

阿瑟:我是最早发现化学感受器排列成蜂窝状阵列的人之一。从那以后，我们在理解阵列是如何形成的以及向运动装置发送信号的酶是如何由化学感受器控制的方面做出了重大贡献。我们也在研究细胞中其他趋化系统的结构，其中一些系统没有固定在膜上，而是在细胞内形成双层阵列。

我们也有发现了主要模式生物(大肠杆菌)和病原体霍乱弧菌，强调了研究非模型系统的必要性。

我们最近分析了剧烈的结构和代谢变化霍乱弧菌当细胞长期暴露在不利的环境条件下(低营养和低温)，它们就会发生变化。

KS:您收集的信息是否有助于改进靶向治疗，或环境管理和筛选，例如，在致病菌的情况下?

阿瑟:我们的工作主要涉及利用分子机器解决细菌如何在结构上适应和与环境相互作用的基本问题，并了解它们的结构和功能。然而，我们确实希望我们对病原体结构结构的研究将有助于确定例如新的药物靶点，并揭示细胞对不同形态状态之间治疗的易感性，以便开发更具体的感染治疗方法。

KS:你认为目前低温电镜技术的需求还没有得到满足，未来的发展应该集中在哪些方面?

阿瑟:我认为低温电镜技术的新前沿当然是研究更复杂的生物材料。从本质上讲，利用低温电子显微镜的力量来观察细胞之间的相互作用，例如在组织和整个生物体中。因此，我认为迫切需要开发使这种方法可以访问这些样本。FIB-SEM仪器是向前迈出的一大步，但要使其真正对更广泛的科学界有用，目前制备此类样品的工作流程和工具仍然非常困难。例如，必要的高压冷冻机是相当古老的技术，在可以处理的样品中相当不灵活。所以，我想说，最迫切的需要是仪器，这将有助于预处理复杂的生物标本，为冷冻电镜做准备。

阿丽亚娜·布里格尔教授接受了科技网络科学作家凯伦·斯图尔德博士的采访。188金宝搏备用