探索神秘的微生物群落

　　微生物雖然看不見，但卻是無處不在的。人體的腸道和皮膚、地球的海洋和土壤，甚至植物的葉片和種子，都有它們的身影。在大多數情況下，這些微生物群落是由許多不同的物種組成的。研究人員試圖鑒定這些微生物群落的組成，但相當有難度。Sarah Webb在這一期的《BioTechniques》上介紹了目前的進展。

　　如今，新一代測序（NGS）、質譜（MS）和顯微鏡等技術正幫助多個領域的科學家慢慢了解各種微生物群落的基本組成和行為。大部分的工作集中在結構與功能的基本關系，比如控制生物膜行為的那些。

　　生物膜（Biofilm）是通過附著而固定在特定載體上的微生物群落。在這些群落中，細菌扮演著不同的角色，因為它們經歷了不同的化學和物理環境。賓漢姆頓大學的Karin Sauer正應用各種分子遺傳學技術來研究生物膜的形成，并利用蛋白質組學和轉錄組學技術來尋找一些基因，比如耐受抗生素的基因。

　　化學成分

　　哥倫比亞大學的微生物學家Lars Dietrich表示：“我們知道生物膜釋放了許多代謝產物，一些是信號分子，一些是營養成分。不過，它們在生物膜中究竟如何分布？這很難觀察。”為了了解生物膜中的化學信號，人們需要精確定位和分析化學物質的空間分布。

　　一些研究人員使用質譜來確定生物膜內的化學圖像。加州大學圣地亞哥分校的Pieter Dorrestein就是在微生物系統中使用成像質譜（IMS）的先驅之一。在IMS中，研究人員對生物膜表面進行光柵成像，收集化學數據，并組裝成二維圖像。Dorrestein利用這種技術來研究微生物之間的相互作用。

　　盡管IMS技術很強大，也相對通用，但它也有一些缺點。這種方法需要樣品制備，也是一種破壞性的技術，因此，即使IMS能夠給出生物膜的詳細快照，但它不能用于長期的追蹤。基于這個理由，研究人員還在開發其他的工具。

　　氧化還原電位

　　哥倫比亞大學的生物學家和工程師已經開發出另一種工具：電化學芯片。微生物學家Lars Dietrich在研究銅綠假單胞菌，他對化學和細胞形態學之間的關聯特別感興趣。之前的研究表明，吩嗪這種氧化還原小分子可作為分子通氣管，促進氧氣在生物膜中的運動。盡管IMS能夠提供一些信息，但Dietrich希望確定吩嗪是處于氧化狀態還是還原狀態。

　　為了解決這個問題，Dietrich與工程師Ken Shepard聯手。他們開發出一種芯片，可測定表面的氧化還原電位。這種64 mm2的芯片上由1800個電極，每3分鐘可測量一次。在最近一篇發表于PNAS的文章中，他們利用此芯片來追蹤氧化還原吩嗪的運輸。