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CytoSense 在微生物检测中的应用
日期:2023-03-16 13:24:02
1、前言

每种微生物基本都有各自的特异性表面抗原,使用单抗偶联各种荧光素可方便检测各种样品中的微生物。样品经荧光染色(如SYBR Green I 或其他染色剂染色)后,可用CytosSense 测定微生物含量。(高通量:>200000cell ; 粒径:0.1-700μm) ,目前可直接检测大肠杆菌,嗜血杆菌、沙门氏菌、结核杆菌、铜绿假单胞菌、军团杆菌等。在瑞士,FCM方法被列为标准细菌监测方法。

常用核酸染料:
SYBR Green I ——渗透膜,检测活细胞。
PI (碘化丙定) ——不渗透膜,只能通过破损的细胞膜,检测死细胞。
当然,也可以根据检测目的选择其他激光波长和荧光带与目标染料进行最佳匹配染色。
488nm激光器可激发多种荧光素

图123031503.jpg


2、CytoSense 检测微生物所需配置

2.1 激光检测器配置:488nm激光器,绿/黄检测荧光通道。

2.2 进样系统设置:使用CytoSense 检测细菌时我们建议在样品泵中使用特殊的管道,以尽量减少染色细胞粘附在管道上,对其他操作没有影响。即更换下图配件:

图223031503.jpg

2.3 鞘液设置

A) 实验室手动染色样品

如果样品制备中进行了细胞清洗,则直接上机检测没有影响;如果样品没有清洗,样品含有游离染料,则有两种选择:

a)“正常使用循环鞘液”:为防止染料在鞘液中积聚,缓慢增加荧光通道中的背景信号,因此建议定期投加氯。可以通过安装加氯泵实现自动化,或者,我们可以安装一个带有流动开关的特殊过滤器(下图),以从鞘液中去除染料。

图323031503.jpg

b) 使用“非循环鞘液系统”:可将“受污染”的鞘液会立即从仪器中排出,无需再循环,本方案只需为鞘液提供足够的清洁水。外置鞘液系统有利于保护管路和内置的过滤系统,延长其使用寿命。浊度较高的样品,藻浓度较高的样品,也可以使用外置鞘液系统来运行仪器。


外置鞘液系统连接方式如下:(标准CytoSense即可,用户可方便自行改装)

图423031503.jpg

非循环外置鞘液系统


B) 现场自动染色监测

增加配件 “细菌染色模块”,可以自动调节鞘液。同时 “染色模块”,可以实现自动染色。适用于水中微生物我的在线自动监测。


使用方法:与正常细胞检测一样,冲洗、启动和分析操作是自动化的,所有程序都在软件中编写。荧光染料有时需要在瓶子空了之后重新填充,定期更换氯和过滤器-取决于使用情况等,可自动运行几个月。

图523031503.jpg

※ 对于已经拥有CytoSense的最终用户,不需要购买另一台CytoSense,只需加配染色模块,对现有CytoSense做微小调整,以适应与染色模块的耦合(如电子连接和安装不同类型的样品泵)。


3、应用案例

3.1 上升流系统和人为活动对巴西沿海地区微生物多样性的影响(巴西里约热内卢联邦大学)

图623031503.jpg

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细菌活性测定
利用CytoSense 测定细菌浓度,配置488nm,20mV固体蓝色激光,侧向散射(SWS,446/500nm)检测器和红色(叶绿素-a)荧光(FL1-669/725nm);橙色/黄色(FL-2,601/651nm),绿色/黄色(FL-3,515/585nm)荧光检测器。使0.92和10mm的黄绿色荧光小球作为内标,并使用Length,SWS和Average,OFL参数进行细菌计数现场测定。细菌样本使用SYBER Green I 染色,通过侧向散射SWS和橙色荧光信号进行鉴别。

图723031503.jpg

3.2 CytoSense分析大容量冲击采样器采集的空气中细菌(丹麦奥胡斯大学)

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空气中细菌细胞的特性需要有效的收集、浓缩和分析技术,特别是要克服它们在室外环境中被稀释的挑战。建立了一种快速、可靠的空气中细菌定量方法。为此,采用大容积冲击取样器从污水处理厂(WWTP)收集空气中的细菌。用CytoSense测定细菌细胞密度,并与基于16srRNA基因的定量PCR(qPCR)数据进行比较。结果表明,该方法对室外环境中细菌密度的估计是可靠的,用CytoSense法进行分析比qPCR法更快、更灵敏。此外,在不同的取样条件下,CytoSense可提供有价值的细胞特征信息。

图9230315032.jpg

利采用CytoSense对冲击式气体采样器收集到的气载细菌和参考菌株大肠杆菌进行计数和鉴定。配置488nm激光器,550nm的高灵敏度黄光发射传感器。同时记录每个粒子的脉冲形状的信号可用于估计细胞体积,并将细胞定义为不同细胞类型的特定簇。分析粒子体积通过FWS的扫描脉冲图或SWS的扫描脉冲图估算。

图923031503.jpg

3.3 丝状菌生物过程中的孢子质量在线监测(维也纳科技大学)

图1023031503.jpg

真菌生物过程中孢子接种物质量的测定尤为重要,因为萌发孢子的数量会影响过程性能,进而影响产品效价。因此,需要确定孢子接种体中活孢子的浓度,以便将精确数量的活孢子接种到生物反应器中。根据孢子接种体的不同,孢子需要不同的时间段膨胀、萌发,从而生长菌丝。本文提出的方法不仅可以取代菌落形成单元(CFU)测定法,而且可以在线监测孢子的溶胀和萌发。
* 活菌染色荧光素二乙酸酯(FDA)和碘化丙二钠(PI)能够区分代谢活性/活菌/FDA阳性孢子和非活菌孢子

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3.4 高频监测水生生态系统中异氧微生物的原位特征及动态(地中海海洋研究所)

自动染色模块(SM)安装于CytoSense,可同时原位自动采样、分析浮游植物和细菌。水样在行船过程中持续泵入系统,SYBR Green I荧光染料通过小的染色容器逐滴加入样品(V/V=1:10000),经15min 染色反应后自动泵入CytoSense。通过本次项目地中海海洋研究所展示了CytoSense 不仅可以检测自发荧光的浮游植物,而且可检测细菌、鞭毛虫、纤毛虫等微生物。经过2 小时一次共七天的实验,获得了更多有效数据。

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4、参考文献

[1] Cury JC, Araujo FV, Coelho-Souza SA, et al. Microbial diversity of a Brazilian coastal region influenced by an upwelling system and anthropogenic activity. PLoS One, 2011, 6(1): e16553.

[2] Coelho-Souza SA, Araújo FV, Cury JC, et al. Bacterial and Archaeal Communities Variability Associated with Upwelling and Anthropogenic Pressures in the Protection Area of Arraial do Cabo (Cabo Frio region - RJ). An Acad Bras Cienc, 2015, 87(3): 1737-1750.

[3 L. Haraguchi, H. H. Jakobsen, N. Lundholm, J. Carstensen. Monitoring natural phytoplankton communities: a comparison between traditional methods and pulse-shape recording flow cytometry. Aquat. Microb. Ecol., 2017, 80: 77-92.

[4] J. Jang, N. B. Hendriksen, H. H. Jakobsen, U. Gosewinkel. Application of Cytosense flow cytometer for the analysis of airborne bacteria collected by a high volume impingement sample. Journal of Microbiological Methods, 2018, 154 : 63–72.

[5] T. Silovic, G. Grégori, M. Dugenne, et al. A new automated flow cytometer for high frequency in situ characterisation of heterotrophic microorganisms and their dynamics in aquatic ecosystems. IMEKO International Conference on Metrology for The Sea, Naples, Italy, October 11-13, 2017.

[6] Ehgartner, D., Herwig, C., & Neutsch, L. At-line determination of spore inoculum quality in Penicillium chrysogenum bioprocesse. Applied Microbiology and Biotechnology, 2016, 1-11.

[7] Ehgartner, D., Fricke, J., Schröder, A., & Herwig, C. (2016). At-line determination of spore germination of Penicilliumchrysogenumbioprocesses in complex media. Fungal Genetics and Biology, Manuskript in preparation.


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