Instrumentación de ciencias biológicas fuera del mundo: medición unicelular de la tasa de crecimiento microbiano con microespectroscopia Raman

Instrumentación de ciencias biológicas fuera del mundo: medición unicelular de la tasa de crecimiento microbiano con microespectroscopia Raman

Datos representativos de Raman y nanoSIMS recopilados en este estudio. En todos los paneles, se anotan los datos de dos celdas representativas, “1” y “2”. En el panel A se muestran imágenes de isótopos representativas de nanoSIMS, con el número de píxeles marcados en los ejes xey. De izquierda a derecha, la intensidad de los píxeles en cada panel corresponde al número de iones directos para 1H-, 2H- y la abundancia fraccionaria de deuterio (2F), respectivamente. La fila superior muestra células cultivadas en 0% 2H2O (abundancia natural); la fila inferior muestra células cultivadas en 50 at. %2H2O. En el panel B se muestran espectros Raman representativos ajustados a una sola celda, con la banda CH característica entre 2800 y 3000 cm-1 claramente visible. Para las células cultivadas en medio deuterado (Célula 2), la banda de CD emerge entre 2040 y 2300 cm-1. El panel C muestra una micrografía típica capturada por un microespectroscopio Raman confocal. La barra de escala representa 2 µm. Las células en todos los paneles representan T.hidrogeniphilus. Los cuadros amarillos en la parte superior izquierda del panel A y del panel C representan una región correlacionada fotografiada con nanoSIMS y Raman (luz reflejada), respectivamente. – biorxiv.org

Las tasas de actividad y crecimiento microbiano son fundamentales para comprender la geoquímica y la ecología ambientales. Sin embargo, medir la heterogeneidad de la actividad microbiana a nivel celular, particularmente dentro de poblaciones complejas y matrices ambientales, sigue siendo un desafío importante.

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El sondeo de isótopos estables (SIP) es un método estándar para evaluar la actividad microbiana e implica medir la incorporación de un compuesto marcado isotópicamente en la biomasa microbiana. Aquí, evaluamos la utilidad de la microespectroscopia Raman como técnica SIP, centrándonos específicamente en la medición de deuterio (2H), un trazador de la producción de biomasa microbiana.

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Generamos calibraciones de valores de 2H de biomasa microbiana y encontramos que la microespectroscopia Raman cuantifica de manera confiable la incorporación de 2H entre 0 y 40 at. %. Al aplicar los resultados de esta calibración a un modelo SIP, parametrizamos explícitamente los factores que controlan la cuantificación del crecimiento microbiano, demostrando cómo Raman-SIP puede medir el crecimiento de microorganismos con tiempos de duplicación que van desde horas hasta años.

Además, comparamos correlativamente nuestras mediciones derivadas de Raman con las de la espectrometría de masas de iones secundarios a nanoescala (nanoSIMS) para comparar las fortalezas relativas de los enfoques SIP basados ​​en nanoSIMS y Raman.

Descubrimos que la microespectroscopia Raman es una metodología sólida y accesible que puede diferenciar y cuantificar fácilmente el crecimiento de células microbianas individuales en muestras complejas.

Tristan A. Caro, Srishti Kashyap, George Brown, Claudia Chen, Sebastian H. Kopf, Alexis S. Templeton
Yo: https://doi.org/10.1101/2023.12.16.571966

Medición unicelular de la tasa de crecimiento microbiano mediante microespectroscopia Raman

Astrobiología, Tricorder

Miembro del Club de Exploradores, ex gerente de carga útil de la Estación Espacial de la NASA/biólogo espacial, equipos externos, periodista, escalador inactivo, sinestésico, mezcla Na'Vi-Jedi-Freman-Budista, ASL, veterano de la isla Devon y el campamento base del Everest, (él/él) 🖖🏻

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