生物膜观测变得容易起来
来源： 浏览量：610 更新日期：2010年1月4日
二次离子质谱分析技术和原子力显微镜法，是两种有着各自局限的成像方法。当把它们组合起来应用时，由于同时获得了高空间分辨率和丰富的化学组成信息，因此研究者距离实现描绘出生物膜结构复合体的目标就变得更近了。
描述生物膜的最简单方式就是把它比喻为一种油脂双分子膜，但事实上它是由油脂、蛋白和糖分构成的一种复杂网络结构，人们认为这种组成对于细胞来说具有功能方面的重要意义。虽然通过X射线结晶法看清楚各种组分也是可能的，比如说观察膜受体复合体，但这些具有更高侧面分辨率的方法对于进行膜整体结构的研究是必需的。虽然荧光显微镜法经常被用来在这种分辨率下对细分标记的成份进行成像，但荧光标记的加入能改变生物膜中相对较小的组分的物理特征。
因此，美国斯坦福大学的Steven Boxer及其同事为了测量模式生物膜的构成，求助于二次离子质谱分析技术(SIMS)，这是50年前就开发出来的一种方法。他们运用了具有高分辨率级的这种技术，即纳米级SIMS，对标记有不同的稳定同位素的双分子层所含有的两种油脂进行了分析。在这一技术中，样品经过了离子束的轰击，释放出来的二次离子被提取出来，然后应用质谱法进行测量。对应于每个同位素的二次离子的最终数据，能够用于形成一种图像，反映了双分子层中两种油脂的分布情况。
在对纳米级SIMS数据进行分析时，Boxer的研究小组发现，在一些区域中油脂的分布情况变化很大。纳米级SIMS数据也有助于解释同一样品运用原子力显微镜(AFM)所观察到的一些异常现象。AFM这种方法，提供的是样品的“碰撞”信息。研究者应用AFM法，发现在观测区内存在着一些未知起源的结构。与纳米级SIMS数据进行对比后发现，被观察到的这些对象并非次级结构，原因是它们并不含有任何一种被标记油脂的化学签名，研究者因此能够推断，它们是一些碎片，也就是垃圾。
综合起来考虑，运用这两种方法获得的数据为这一系统描绘了一幅更为清晰的图像。“两种方法集成起来比任何一种方法更有说服力，”Boxer说。AFM给出的是高清晰度的侧面信息，“它比质谱法现在所能或者很可能将来所能提供的成像效果要清晰很多，而且，这里观察到的形貌特征是多么得神奇啊，但这种方法无法提供任何分子层面的信息。经过各种方法改进的质谱法，包括纳米级SIMS，对于分析成分是一种理想的方法，因为它给出的是一种化学组成图。”
正当一些成像技术的组合提供了最丰富的生物膜信息，服务膜成像的不同方法也将有助于这方面的尝试。一些研究小组现正着手开发试验方法，对生物膜组分进行非支持格式的成像。Boxer及其同事则持续开发双分子层支持系统，有望建成一个更为复杂的系统。其它的研究小组正开发一些方法，目的是把生物膜的一部分从细胞上除去，然后把它放在表面上。这恰好正是Boxer的研究小组所寻找的试验方法之一，他补充说：“如果一个人能够做得足够快，以至于分子在这一纷乱过程的时间尺度内移动得不很远，那么，希望就在于，这个人能够探究源于真实细胞的生物膜的侧面构成。从某种感觉上讲，那是一种我们梦想中的试验。它只是要求在技术方面有很多的提高。”
注：夏雨译自2006年12月号的《自然-方法学》，版权为英国NPG出版集团所有。更多信息请访问：http://www.natureasia.com/ch/naturemethods