基于拉曼双重标记技术的变异链球菌与白色念珠菌代谢互作研究

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目的:采用拉曼双重标记技术,在单细胞尺度下,探讨变异链球菌和白色念珠菌对13C葡萄糖的代谢和细胞活性变化以及它们之间的相互作用关系。方法:(1)培养变异链球菌、白色念珠菌和粪肠球菌至稳定期,分别进行以下处理:(1)接种后,通过测量各实验菌株吸光度值随时间的改变,绘制生长曲线评估生长状态;(2)接种后,分别在对数期和稳定期测量实验菌株的单细胞拉曼图谱,通过多变量分析鉴同一菌株的不同生长时期和三种不同菌株类别。(2)将变异链球菌、白色念珠菌分别置于不同浓度的13C标记的葡萄糖或重水的培养基中培养至稳定期,绘制生长曲线评估生长状态,分析细菌生长对培养基中13C或D2O水平的敏感性。(3)变异链球菌和白色念珠菌在含30%D2O和0.5%13C葡萄糖的MM培养基中培养12小时。在不同时间取纯培养细胞和共培养细胞进行拉曼测量,比较纯培养与混合培养组的拉曼光谱、葡萄糖代谢率和细胞活性的动态变化;结果:(1)三个菌株的对数期和稳定期均可被拉曼技术快速区分,准确率分别为:99.6%,99.86%,99.60%;单细胞拉曼技术能够快速精确区分三种实验菌株,准确率为99.68%。(2)变异链球菌可代谢13C葡萄糖并通过苯丙氨酸峰的“红移”检测到;0.5%,1.0%的13C葡萄糖会促进变异链球菌的生长,而2.5%浓度会抑制其生长并降低其代谢率(P<0.01);白色念珠菌可代谢13C葡萄糖并通过蛋白质峰、苯丙氨酸峰、胸腺嘧啶峰的“红移”检测到,在各组浓度的13C葡萄糖中的生长均无显著差异(P>0.05);0.5%-2.5%浓度中,其葡萄糖代谢率无统计学差异(P>0.05)。(3)变异链球菌的生长随重水浓度的升高出现均匀的生长抑制,白色念珠菌在低于40%重水浓度的情况下不会出现明显生长抑制情况;使用重水标记后,两菌株拉曼图谱出现明显的重水峰并且C-D Ratio与重水浓度成线性正相关(变异链球菌,R2=0.9494;白色念珠菌,R2=0.9612)提示重水峰可以量化细胞代谢重水能力来表征细胞活性。(4)混合培养组中的变异链球菌13C葡萄糖代谢率及细胞活性在各时间点均大于纯培养组(P<0.05),而白色念珠菌的13C葡萄糖代谢率及细胞活性在纯培养组与混合培养组均无统计学差异(P>0.05);(5)白色念珠菌的浓度对变异链球菌的代谢和细胞活性表现出不同的促进作用,当变异链球菌与白色念珠菌等浓度混合培养时,其细胞代谢能力和细胞活性表现最强(P<0.001)。结论:(1)单细胞拉曼光谱可高效区分物种的生长时期和菌株类别。(2)变异链球菌生长对13C葡萄糖浓度表现敏感,白色念珠菌的生长和代谢不受13C葡萄糖浓度影响。(3)重水标记可以量化变异链球菌和白色念珠菌的代谢活性。(4)白色念珠菌增强变异链球菌葡萄糖代谢和细胞活性,其细胞浓度是影响变异链球菌葡萄糖代谢和细胞活性的关键因素。(5)变异链球菌对白色念珠菌葡萄糖代谢和细胞活性无显著影响。
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