微生物学方法 第43卷 微生物细胞、结构和分子成像----- Imaging Bacterial Molecules, Structures and Cells
作者：Colin Harwood, Grant J. Jensen
出版：Zoe Kruze
ISBN: 978-0-12-809392-4
藏书地点： 武大外教中心
《微生物学方法》于40多年前建立，是关于微生物学领域的技术和方法的最有声望的系列书籍：《微生物学方法》回顾了与微生物学领域相关的方法，在这些领域中，新技术和发展中的技术产生了最大的影响，它还为读者提供了经过试验和测试的前沿操作方法。
《微生物细胞、结构和分子成像》这卷书由该领域的权威专家Grant Jensen博士编辑的，致力于当前和新兴的技术在微生物成像领域，主要涉及低温电子显微镜、冷冻电子断层扫描、荧光显微镜、微流体器件的设计和制造、微流体系统的计算控制等方面的内容，强调了成像技术对我们了解微生物细胞结构和功能的影响。目前，提高分辨率同时减少与更传统的方法有关的人工制品的技术发展变得越来越重要。
荧光显微镜以紫外线为光源，用以照射被检物体，使之发出荧光，然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置。荧光显微镜用于研究细胞内物质的吸收、运输、化学物质的分布及定位等。一般都用高强度的汞灯做激发光源。使用滤色片把不需要的光滤去，只留下激发荧光集团的高强度很纯的光线。这个单色的光线通过物镜照射到样本上之后，样本会被激发出发射光（荧光），荧光和激发光都会沿着物镜光路返回，这样，需要用一个二相色镜把激发光滤去，只让我们需要看到的荧光透过。这个荧光沿着显微镜的光路最后到达目镜下，然后进入我们的眼睛，就可以看到荧光基团所发出来的荧光。
电冷冻层析成像(ECT)，是一种快速发展的技术，它允许我们直接在完整的细胞内成像大分子复合物。本质上，ECT可能比其他任何技术都更能为我们提供细菌的三维蓝图。低温电子显微镜震惊了结构生物学，揭示了核糖体、膜蛋白和其它关键细胞蛋白的精细结构。低温电子显微镜，通过电子束对冷冻的生物分子进行成像，从而得到分子的三维结构。利用液态乙烷来快速冷冻蛋白溶液。这也是为什么叫低温电子显微镜的原因。它能够对蛋白的多种构象进行成像，帮助科学家们推断蛋白的功能，未来会成为解析蛋白结构的主流选择，会成为结构生物学的主流。低温电子显微镜适用于研究大的、稳定的分子，这些分子能够承受电子的轰击，而不发生变形——由多个蛋白组成的分子机器是最好的样本。因此由RNA紧紧围绕的核糖体是最佳的样本。
尽管还处于初级阶段，ECT已经对细胞生物学做出了几项重要的贡献。ECT对细菌细胞生物学的最大贡献之一是向我们展示了惊人复杂的“纳米机器”，它在细胞中执行高度专门化的功能。这些结构通常由十几种或更多独特的蛋白质的许多拷贝组成，可以跨越细胞包膜，将胞质中的细胞能量和信号转化为胞外环境中的效应。通过自动延时显微镜对单个细胞进行高通量的纵向测量，结合动态系统建模，在最近几十年里提高了我们对微生物生理学的理解，如细胞大小控制、基因表达和调控、亚细胞组织和细胞器动态、发育和细胞命运决定。
微流体学(Microfluidics)， 指的是上世纪90年代从工程和物理科学实验室迅速发展起来的一套最新技术，几乎立即应用于生物学，尤其是细胞生物学，比如样品DNA的制备、液相色谱、PCR反应、电泳检测等。细胞生物学家之所以能如此迅速地采用这种方法，主要原因是因为有了可微加工的生物相容材料，使活细胞和生物分子能够工作。在这样的设备中培养细胞是非常直接的，一些难以培养的细胞，比如神经元，在微流体设备中比在普通的培养皿中生长得更好。此外，它能够定量地和暂时地控制活细胞和多细胞装配体或生物体的环境，并且简单地实现了单细胞分类和封装，能够执行小型化的分析程序。喷射技术是目前最成熟的微流体技术，它使用直径小于100微米的孔来产生微滴。这项技术可用于输运微反应中的微量试剂，以及将微量DNA样品分发到载体表面形成微阵列。
微流体技术为细菌的微观研究提供了必要的微环境创建和维护技术。在过去的十年中，微流体被越来越多的研究使用，产生了许多重要的见解和发现。本章重点介绍了微流体显微镜在细菌研究中的一些最新应用，包括细菌系统工程、多物种生物膜和微生物生态学、细菌细胞周期和大小动态平衡、细胞形状和几何结构等方面的研究。本章还提供了一些关于制造微流控设备和微流控显微镜的实用信息，包括一系列用于图像分析的计算机程序和两种逐步进行的方法，一种用于聚二甲基硅氧烷，另一种用于基于琼脂糖的微流控芯片。
《微生物细胞、结构和分子成像》描述了当前可视化细胞结构的方法，监控动态过程，如细胞壁的合成和分裂，以及使用微流体设备创建和维护微环境。本书以一篇篇文献的方式呈现，内容丰富，语言精简，逻辑严谨，图文结合，既讲解了每种仪器设备的使用原理，又介绍了其应用价值，理论和实践并行，最后还附有参考文献，以供读者答疑解惑，深入了解。
《微生物细胞、结构和分子成像》一书中讨论的技术组合已经对我们理解微生物细胞结构和动力学产生了深远的影响。总而言之，该书是一本不可多得的既丰富眼界又实用的微生物学专业书籍，适合于包括微生物研究科学家以及对微生物及其相关技术感兴趣的医学和工业专业人士参阅。
本书目录
贡献者
前言
第一部分:荧光显微镜
肽聚糖生物合成的可视化方法
Y.-P.
Hsu, X. Meng, M.S. VanNieuwenhze
1.肽聚糖结构与生物合成
1.1肽聚糖的结构和构型
1.2酶促肽聚糖生物合成途径的研究
1.3肽聚糖结构的变化
2.肽聚糖成像的策略:电子显微镜
2.1揭示细菌形态学
2.2通过EM解析PG结构
2.3低温透射电镜:研究细胞在自然状态下的细胞壁组织
2.4三维电磁成像技术:低温电子断层扫描
2.5更多工具：AFM在细菌细胞壁的研究
3.肽聚糖成像的策略:光学显微镜
3.1光学显微镜的操作和应用
3.2荧光分子探针的PG特异性标签
3.3针对PG特异性代谢探针的开发标签：FDAAs
4.FDAAs及其衍生物的应用
4.1研究PG合成规律和动力学的工具
4.2肺炎链球菌PG的回收/重组
4.3 FDAAs在以前不知道具有PG的菌株中发现了PG
结论
参考文献
第二章 母机中大肠杆菌细胞的延时显微镜和图像分析
Y.
Yang, X. Song, A.B. Lindner
1.介绍
2.实验设计
2.1母机的一般原理
2.2设备设计注意事项
2.3延时考虑注意事项
3.实验程序
3.1制造聚二甲基硅氧烷母机设备
3.2建立流体系统
3.3细胞培养和装载
3.4微流体和延时装置
4.谱系构建和单细胞性状的图像分析
4.1 预处理
4.2分割方法
4.3谱系方法
4.4图像分析性能及结果
4.5图像分析总结
致谢
参考文献
第三章 细菌成像的微流体学
L.E.
Eland, A. Wipat, S. Lee, S. Park, L.J. Wu
1.简介
2.微流控器件的研制
2.1设计
2.2硅片的生产
2.3微流体芯片的生产
3.流体流动
4.在设计和设置微流体系统时的额外考虑
5.细菌微流体系统的计算分析与控制
6.用于细菌系统工程的微流体学
7.生物膜、微生物生态学和种-种相互作用
7.1多物种生物膜微流体
7.2空间安排与互动
8.细胞周期分析和大小稳态研究
9.细胞形状和几何螺柱
10.前景
11.方法
致谢
参考文献
第二部分:电子显微镜
第四章 电子低温断层摄影术
C.M.Oikonomou，M.T.Swulius，A.Briegel，M.Beeby，Q.Yao，Y.-W.Chang，G.J.Jensen
1.电子低温层析成像技术简介
2. ECT在微生物学中的应用
3.与其他技术相比
3.1 ECT的局限性
3.2 ECT的优点
结论与未来发展方向
致谢
参考文献
索引