來自加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開發(fā)了一種靈敏的新成像技術(shù)揭示了生物膜（biofilms）結(jié)構(gòu)的一些細(xì)節(jié)，從而打開了攻擊如霍亂、囊性纖維化患者肺臟感染以及甚至慢性鼻竇炎等因形成生物膜而產(chǎn)生抗生素耐藥性的大量細(xì)菌性疾病的大門。相關(guān)論文發(fā)布在7月13日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

上接：華裔諾獎得主朱棣文Science發(fā)布細(xì)菌研究新成果

細(xì)菌并非獨來獨往

Berk說人們對于細(xì)菌的普遍看法認(rèn)為它們是自由生存的生物體，抗生素極易控制它們。然而現(xiàn)在科學(xué)家們意識到細(xì)菌是在群落或生物膜中度過大部分的生活，甚至在人體內(nèi)。單一的細(xì)菌有可能對抗生素敏感，生物膜的抗藥性要強1000倍，大部分只能采用手術(shù)切除、

如心臟起搏器、支架以及人工關(guān)節(jié)等移植物，偶爾會被形成生物膜的細(xì)菌感染。這些生物膜位點周期性脫落細(xì)菌，Berk將它們稱之為冒險者會激發(fā)急性感染和發(fā)燒。雖然抗生素可以清除這些自由游動的細(xì)菌，暫時壓制感染，生物膜仍然未受到損害。唯一的解決辦法就是移除細(xì)胞膜覆蓋的裝置，用新的消毒的移植物取而代之。

鼻竇中持久的細(xì)菌生物膜可以激發(fā)免疫反應(yīng)導(dǎo)致慢性鼻竇感染，表現(xiàn)為發(fā)燒、感冒樣癥狀。到目前為止，最有效的治療就是手術(shù)切除感染組織。

細(xì)菌還可以在囊性纖維化患者充滿粘液的肺臟中形成持久的，大部分是終身的生物膜，是導(dǎo)致早期死亡的慢性肺部感染的重要原因。盡管長期的抗生素治療有幫助，但它們不能完全根除感染。

為了研究霍亂菌形成的生物膜，Berk在朱棣文的前博士后學(xué)生、現(xiàn)為哈佛大學(xué)教授莊小威（Xiaowei Zhuang）2007年的一項設(shè)計的基礎(chǔ)上，在加州大學(xué)伯克利分校的地下室中構(gòu)造出了他自己的超分辨率顯微鏡。為了在這些細(xì)胞分裂形成“城堡‘過程中確實地觀察它們，Berk設(shè)計了一種稱為連續(xù)免疫染色的新技術(shù)，使得他能夠借助4種單獨的熒光染料追蹤4個目標(biāo)分子。

他發(fā)現(xiàn)在一段大約6個小時的時間內(nèi)，單個細(xì)菌鋪設(shè)了一種蛋白質(zhì)膠讓自身附著到了表面，隨后它們分裂形成子細(xì)胞，同時分泌蛋白質(zhì)使得子細(xì)胞彼此粘結(jié)。子細(xì)胞繼續(xù)分裂至它們形成群落，就像一個磚頭和灰泥構(gòu)成的建筑物，此時細(xì)菌分泌一種蛋白質(zhì)與糖分子一起就像一座建筑物的外殼一樣包裹著群落。

Berk說這些群落被微通道隔開確保營養(yǎng)物和廢物進出。

Berk說：“如果我們能夠找到一種藥物除去這種膠水蛋白，我們就能夠整個移除這一建筑物?；蚴侨绻覀兡軌虺フ辰Y(jié)蛋白，我們就可以瓦解一切，使建筑物倒塌，為抗生素提供通道。在未來這些可能是位點特異性的抗生素藥的靶點。”

超分辨率顯微鏡：用光作畫

Berk是一位在物理和光學(xué)方面接受過培訓(xùn)的生物學(xué)家，擅長對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)成像：幾年前一個研究小組確定了核糖體的原子級結(jié)構(gòu)，他是其中的成員。

他認(rèn)為功能強大的新型超分辨率光學(xué)顯微鏡能夠揭示生物膜的未知結(jié)構(gòu)。相比于標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡，超分辨率顯微鏡的分辨率要高10倍，為20個納米，通過采用可切換照片熒光探針一次加亮圖像的一部分，將成千上萬的圖像編譯為單個快照。這一過程很像是用光畫畫，將手電筒光束照在黑幕上，將相機的快門打開。每張快照可能需要幾分鐘的時間來編譯，但對于緩慢的細(xì)胞生長，這足以快到捕獲靜態(tài)影像。

問題在于如何用熒光染料標(biāo)記細(xì)胞以連續(xù)監(jiān)控它們的生長和分裂。通常，生物學(xué)家們將一抗附著到細(xì)胞上，然后用附著熒光染料的二抗浸沒細(xì)胞結(jié)合一抗。之后再沖去多余的染料，照射染色細(xì)胞并拍下熒光圖像。

Berk認(rèn)為精密平衡濃度的熒光染色（低至足以防止背景，高至可有效染色）也能發(fā)揮作用，從而不需要因為擔(dān)心背景發(fā)光而沖洗多余的染料。

Berk 說：“經(jīng)典的方法是首先染色，然后脫色，在拍攝單幅快照。我們發(fā)現(xiàn)了一種途徑在成像時可在溶液中完成染色并保留所有的熒光探針，因此我們連續(xù)地監(jiān)控了一切，從單個細(xì)胞一路到成熟的生物膜。不只是一張快照，我們正在記錄整個影像。”

他說：“這是一個非常簡單、很酷的想法，所有人都認(rèn)為它很瘋狂。是的，它是瘋狂，但它發(fā)揮了作用?！?/SPAN>