細菌是一種單細胞生物體，個體非常小，目前已知小的細菌只有0.2微米長，因此大多只能在顯微鏡下被看到。細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多的細菌。據(jù)估計，人體內(nèi)及表皮上的細菌細胞總數(shù)約是人體細胞總數(shù)的十倍。

鐵是細菌細胞內(nèi)部進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菌生長的營養(yǎng)元素，細胞中的總鐵含量限額取決于細胞的生長狀態(tài)和代謝需要。細菌的生長和繁殖必須有鐵的供給才能得以進行。但細胞內(nèi)多余的可溶性鐵是有毒的。

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

在本次實驗中，我們利用單細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分析的細菌細胞樣品

實驗

將細菌細胞樣品放入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個細胞/mL的樣品稀釋液后立即上機SC-ICP-MS分析。

NexION 2000 ICP-MS及實驗條件

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

實驗結(jié)果

細胞濃度為50,000個細胞/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。橫坐標單位為ag，表明了單個細胞中鐵含量的分布情況。其中大腸桿菌B株的單個細胞平均鐵含量低，而紅球菌RHA1株的單個細胞平均鐵含量高。

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

結(jié)論

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

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