שיטה להשגת טורי זגוגית מקטעים של מיקרואורגניזמים במשחק במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים
Summary
מחקר זה מציג אמין וקל נהלי קבלת טורי ודק במיוחד חלקים מיקרואורגניזם ללא ציוד יקר במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים.
Abstract
התבוננות תאים ומרכיבים תא בשלושה ממדים בהגדלה גדולה במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים מחייב הכנת טורי זגוגית מקטעים של הדגימה. למרות הכנת מקטעים זגוגית טורי נחשב להיות קשה מאוד, זה די קל אם שימוש בשיטה הנכונה. בנייר זה, אנו מראים תהליך צעד אחר צעד בבטחה קבלת טורי זגוגית מקטעים של מיקרואורגניזמים. נקודות המפתח של שיטה זו הם: 1) כדי להשתמש בחלק גדול הדגימה ולהתאים לקצה משטח והסכין הדגימה כך הם מקבילים זה לזה; 2) כדי לחתוך קטעים טוריים בקבוצות ולהימנע קושי להבחין. בין האיזורים השונים בחשבון בעזרת זוג קווצות שיער בעת אחזור קבוצה של מקטעים טורית על גבי הרשתות שסע; 3) כדי להשתמש לולאה סעיף החזקת ולמנוע ערבוב את הסדר של קבוצות סעיף; 4) כדי להשתמש ‘הרמת-מים-פני לולאה’ וודא כי הסעיפים ממוקמות על השיא של המים, הם נוגעים הרשת קודם, על מנת למקם אותם במיקום הרצוי על הרשתות; 5) כדי להשתמש הסרט תמיכה על מתלה אלומיניום וכדי שיהיה קל יותר להתאושש הסעיפים על הרשתות וכדי למנוע קמטים של הסרט תמיכה; ו- 6) כדי להשתמש שפופרת מכתימים ולהימנע לשבור את הסרטים תמיכה עם פינצטה. שיטה חדשה זו מאפשרת קבלת מקטעים זגוגית טורי ללא קושי. השיטה מאפשרת לנתח את מבנה התא של מיקרואורגניזמים ברזולוציה גבוהה ב- 3D, אשר אינה יכולה להיות מושגת באמצעות שיטת ultramicrotome איסוף קלטות אוטומטיים, פרצוף-בלוק טורי או יון ממוקדת קרן סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים.
Introduction
טורי זגוגית אופטים הטכניקה הנכונה הוא חיוני ללמוד תאים ומרכיבים תא three-dimensionally ברמה המיקרוסקופית אלקטרון. יש ללמוד את הדינמיקה של גוף קוטב פלך במחזור התא של תאי שמרים, ואנו חשף שינויים מורפולוגיים של ultrastructure שלהם במהלך מחזור התא ואת הזמן של שכפול1,2,3, 4,5. בשנת 2006, אנחנו נטבע מילה חדשה ‘structome’ על-ידי שילוב ‘מבנה’, ‘-הביתה ‘, והוא הגדיר זאת כ 6,‘כמותית ותלת ממדית מבניים מידע של כל תא ברמה המיקרוסקופית אלקטרון’7.
על ידי ניתוח structome, אשר דורשת טכניקה אופטים זגוגית טורי, התברר שיש תא שמרים של האפייה , Exophiala dermatitidis 7,כ-200,000 הריבוזומים8, Escherichia coli תא היה הריבוזומים 26,0009, תא שחפת Mycobacterium הריבוזומים 1,70010 והיה מיוג’ין ספירלה חיידקים הריבוזומים רק 30011. מידע זה שימושי באומדן לא רק את שיעור הצמיחה כל אורגניזם, אלא גם בזיהוי מינים9.
ניתוח structome נוסף, הובילו לגילוי של אורגניזם חדש; Parakaryon myojinensis נמצאה במעמקי הים החוף של יפן, מבנה תאים אשר היו ביניים בין אלה של אאוקריוטים פרוקריוטים ו-12,13,14,15. בזמן הנוכחי, טורי טכניקה אופטים זגוגית נחשב להיות כל כך קשה. שזה ייקח זמן רב להתמחות. במחקר זה, פיתחנו שיטה אמינה שבו כל אחד יכול לבצע חלוקתה זגוגית טורי ללא קושי.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטה המוצגת כאן דורש אין ציוד יקר. זה דורש רק על מתלה אלומיניום (איור 3), םיקדסה שלוש רשתות (איור 6 ג), סעיף החזקת לולאות (איור 10a), לולאה הרמת-מים-פני השטח (איור 11 א) וצינור מכתימים (איור 13). ישנן תכונות רבות של השיט…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים שיגאו קיטה עבור הצעות ערך ודיון שלו. אנו מודים גם Sumire אקשטיין וג’ון שלהם לקריאה ביקורתית של כתב היד.
Materials
| Formvar making apparatus | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 652 | W 180 x D 180 x H 300 mm |
| Glass slide | Matsunami Co. Ltd., Osaka | – | 76 x 26 x 1.3 mm |
| Aluminum rack with 4-mm holes | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 658 | W 30 x D 25 x H 3 mm, Refer to this paper |
| Stereomicroscope | Nikon Co. Ltd., Tokyo | – | SMZ 645 |
| LED illumination for stereomicroscope | Nikon Co. Ltd., Tokyo | – | SM-LW 61 Ji |
| Trimming stage | Sunmag Co.Ltd., Tokyo | – | Tilting mechanism equipped, Refer to this paper |
| LED illumination for trimming stage | Sunmag Co.Ltd., Tokyo | – | Refer to this paper |
| Ultrasonic trimming blade | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 5240 | EM-240, Refer to this paper |
| Diamond knife for trimming | Diatome Co. Ltd., Switzerland | – | 45° |
| Diamond knife for ultrathin sectioning | Diatome Co. Ltd., Switzerland | – | 45° |
| Ultramicrotome | Leica Microsystems, Vienna | – | Ultracut S |
| Mesa cut | Leica Microsystems, Vienna | – | Mirror |
| 0.5% Neoprene W solution | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 605 | |
| Special 3-slit nickel grid | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 2458 | Refer to this paper |
| Special 3-slit copper grid | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 2459 | Refer to this paper |
| Section-holding loop | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 526 | Refer to this paper |
| Water-surface-raising loop | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 527 | Refer to this paper |
| Staining tube | Nisshin EM Co. Ltd., Tokyo | 463 | Refer to this paper |
| Multi-specimen holder | JEOL Co. Ltd., Tokyo | – | EM-11170 |
| JEM-1400 | JEOL Co. Ltd., Tokyo | – | Transmission electron microscope |
References
- Yamaguchi, M., et al. The spindle pole body duplicates in early G1 phase in a pathogenic yeast Exophiala dermatitidis: an ultrastructural study. Exp. Cell Res. 279, 71-79 (2002).
- Yamaguchi, M., et al. The spindle pole body of the pathogenic yeast Exophiala dermatitidis: variation in morphology and positional relationship to the nucleolus and the bud in interphase cells. Eur. J. Cell Biol. 82, 531-538 (2003).
- Yamaguchi, M. Quantitative and dynamic ultrastructure of yeast cells by electron microscopy. Recent Res. Dev. Microbiology. 8, 219-243 (2004).
- Yamaguchi, M., Biswas, S. K., Ohkusu, M., Takeo, K. Dynamics of the spindle pole body of the pathogenic yeast Cryptococcus neoformans examined by freeze-substitution electron microscopy. FEMS Microbiol. Lett. 296, 257-265 (2009).
- Yamaguchi, M., et al. The spindle pole body of the pathogenic yeast Cryptococcus neoformans: variation in morphology and positional relationship with the nucleolus and the bud in interphase cells. J. Electron Microsc. 59, 165-172 (2010).
- Yamaguchi, M. Structome of Exophiala yeast cells determined by freeze-substitution and serial ultrathin sectioning electron microscopy. Curr. Trends Microbiol. 2, 1-12 (2006).
- Yamaguchi, M., et al. Structome of Saccharomyces cerevisiae determined by freeze-substitution and serial ultrathin sectioning electron microscopy. J. Electron Microsc. 60, 321-335 (2011).
- Biswas, S. K., Yamaguchi, M., Naoe, N., Takashima, T., Takeo, K. Quantitative three-dimensional structural analysis of Exophiala dermatitidis yeast cells by freeze-substitution and serial ultrathin sectioning. J. Electron Microsc. 52, 133-143 (2003).
- Yamada, H., et al. Structome analysis of Escherichia coli. cells by serial ultrathin sectioning reveals the precise cell profiles and the ribosome density. Microscopy. 66, 283-294 (2017).
- Yamada, H., Yamaguchi, M., Chikamatsu, K., Aono, A., Mitarai, S. Structome analysis of virulent Mycobacterium tuberculosis, which survives with only 700 ribosomes at density per 0.1 fl cytoplasm. PLoS ONE. 10, e0117109 (2015).
- Yamaguchi, M., et al. High-voltage electron microscopy tomography and structome analysis of unique spiral bacteria from the deep sea. Microscopy. 65, 363-369 (2016).
- Yamaguchi, M., et al. Prokaryote or eukaryote? A unique microorganism from the deep-sea. J. Electron Microsc. 61, 423-431 (2012).
- Yamaguchi, M. Ultrathin sectioning of the Myojin parakaryote discovered in the deep sea. Cytologia. 78, 333-334 (2013).
- Yamaguchi, M., Worman, C. O. Deep-sea microorganisms and the origin of the eukaryotic cell. Jpn. J. Protozool. 47, 29-48 (2014).
- Yamaguchi, M. An electron microscopic study of microorganisms: from influenza virus to deep-sea microorganisms. JSM Mycotoxins. 65, 81-99 (2015).
- Yamaguchi, M., Okada, H., Namiki, Y. Smart specimen preparation for freeze-substitution and serial ultrathin sectioning of yeast cells. J. Electron Microsc. 58, 261-266 (2009).
- Yamaguchi, M., Biswas, S. K., Suzuki, Y., Furukawa, H., Takeo, K. Three-dimensional reconstruction of a pathogenic yeast Exophiala dermatitidis cell by freeze-substitution and serial sectioning electron microscopy. FEMS Microbiol. Lett. 219, 17-21 (2003).
- Kozubowski, L., et al. Ordered kinetochore assembly in the human pathogenic basidiomycetous yeast, Cryptococcus neoformans. mBio. 4, e00614-e00613 (2013).
- Yamaguchi, M., Adachi, K., The Japanese Society of Microscopy, Specimen support. Guide Book for Electron Microscopy. , 52-57 (2011).
- Hayat, M. A. Support films. Principles and Techniques of Electron Microscopy: Biological Application. , 216 (2000).
- Yamaguchi, M., Kita, S., The Japanese Society of Microscopy, Ultrathin sectioning. Guide Book for Electron Microscopy. , 40-52 (2011).
- Yamaguchi, M., Aoyama, T., Yamada, N., Chibana, H. Quantitative measurement of hydrophilicity/hydrophobicity of the plasma-polymerized naphthalene film (Super support film) and other support films and grids in electron microscopy. Microscopy. 65, 444-450 (2016).
- Kita, S. Reliable method for obtaining serial ultrathin sections using new small tools. Kenbikyo. 46, 253-257 (2011).
- Yamaguchi, M., Shimizu, M., Yamaguchi, T., Ohkusu, M., Kawamoto, S. Repeated use of uranyl acetate solution in section staining in transmission electron microscopy. Plant Morphology. 17, 57-59 (2005).
- Hayworth, K. J., Kasthuri, N., Schalek, R., Lichtman, J. W. Automating the collection of ultrathin serial sections for large volume TEM reconstructions. Microsc. Microanal. 12, 86-87 (2006).
- Hildebrand, D. G. C., et al. Whole-brain serial-section electron microscopy in larval zebrafish. Nature. 545, 345-349 (2017).
- Denk, W., Horstmann, H. Serial block-face scanning electron microscopy to reconstruct three-dimensional tissue nanostructure. PLoS Biol. 2, e329 (2004).
- Heymann, J. A. W., et al. Site-specific 3D imaging of cells and tissues with a dual beam microscope. J. Struct. Biol. 155, 63-73 (2006).
