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    超微量與物種鑒定——藍藻,哪里逃
    來源:      時間:2021-11-29

    超微量與物種鑒定——藍藻,哪里逃

    引言

    藍綠藻,也稱為藍藻,它們能迅速形成藻華,而造成巨大的環境問題。藻類大量繁殖會耗盡氧氣供應并降低湖泊和海洋中的光照水平,從而殺死魚類和其他水生生物。此外,藍藻會產生有害毒素,例如肝毒素等,對動物和人類產生毒害作用。此外,藍藻已經進化了數十億年,可以在包括極端高溫、pH 值和鹽堿環境在內的各種氣候中生存和繁衍,表明這些有害的藻華 (HAB) 會在全球范圍內造成環境問題。藍藻毒素的性質和物種之間的豐度差異很大,因此快速、靈敏地鑒定這些物種的方法必不可少。事實上,有毒物種的早期檢測對于確保在這些 HAB 污染水源之前加以預防至關重要。Denovix超微量除了測量核酸方面表現優秀,在物種鑒定方面也竭誠發光發熱!

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    Jaspreet K Sound等科研工作者首次展示利用原生質譜(Native Mass Spectrometry)快速準確地識別來自不同水生環境的藍藻,該研究成果最終發表在雜志“Analytical Chemistry”上,題目為“Rapid Cyanobacteria Species Identification with High Sensitivity Using Native Mass Spectrometry” ,IF=6.982 [1] .


    摘要

    藍藻已經進化了數十億年,適應和生存在不同的氣候中,可迅速大量繁殖,迫害水生生物,在環境方面是一個巨大的挑戰。此外,許多藍藻會產生毒素,毒害其中的動物甚至人類??焖勹b定藍藻對于監測和預防有毒藻類大量繁殖至關重要。在這里,我們首次展示了原生質譜如何快速準確地識別來自不同水生環境的藍藻。通過監測藻膽蛋白(藍藻內豐富的蛋白質復合物),創建了每個物種獨有的簡單易懂的質譜“指紋”。而且,我們的方法比當前的 MALDI-TOF質譜方法靈敏10倍,這意味著可以在水華形成之前使用該技術監測藍藻??傊?,這些數據非常有望同時檢測和識別共存藍藻。

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    簡介

    1. 傳統上,藍藻鑒定依靠光學顯微鏡來區分物種并根據其形態對它們進行分類。然而,由于它們的高度生物多樣性,許多藍藻具有非常相似的形態,因此使用顯微鏡技術無法區分它們,特別是在具有相似形態的多個物種共存的情況下。


    2. 分類鑒定 對16S rRNA基因和DNA內部轉錄間隔區進行額外的分子分析。但藍藻與其他微生物相關聯,獲得無菌藍藻培養物是一個困難且耗時的過程,并且在藍藻和微生物之間的共生關系很強的情況下幾乎是不可能的。


    3. 宏基因組學能夠從微生物群落中對個體基因組進行測序。然而,分析宏基因組數據需要專業知識,因此并未廣泛開展。此外,在某些情況下,僅 16S rRNA 無法區分形態不同的物種。


    4. 基因組測序的另一種方法是從藍藻獨特的功能蛋白質成分中識別藍藻。基質輔助激光解析/電離飛行時間質譜 (MALDI-TOF MS) 在該領域大獲關注,在臨床環境中也經常用于識別各種細菌、真菌、和原生動物。它快速且易于使用,但很少用于識別藍藻。遺憾的是,由于使用完整細胞 MALDI-TOF MS 識別的蛋白質和光譜特征的數量,解釋數據可能很復雜,需要專業知識來確定光譜差異是否與存在的不同物種或藻類物種內不同的蛋白質豐度相關展示。此外,藍藻中的大多數蛋白質的質量在 2-20 kDa 范圍內,這使得光譜重疊很常見。以及,許多已鑒定的蛋白質在物種之間具有相同的蛋白質序列,因此無法通過該法區分它們。


    原生MS應運而生 

    質譜作為一種技術的速度、精度和可用性仍然可以利用。只是需要更簡單的質譜方法。在該文章中,Jaspreet K Sound等[1]科研工作者開發了一種簡單的Native Mass Spectrometry原生質譜 (MS) 方法,該法結合了 MALDI-TOF MS 技術在速度和易用性方面的優勢。原生MS依賴于將蛋白質和蛋白質復合物保存在氣相中,使它們能夠在其生物學功能狀態下被檢測到。因此,原生MS可用于簡化質譜,因為當多種蛋白質組合在一起形成蛋白質復合物時,它們的質量幾乎總是唯一的,因此光譜重疊最小。此外,使用最近開發的高分辨率儀器,只需要在整個蛋白質復合物的一個蛋白質亞基中進行小的氨基酸取代,就可以區分不同的蛋白質復合物,從而區分一個物種與另一個物種。


    藍藻中豐富的核心光合成分,稱為藻膽體。藍藻細胞中多達50%的可溶性蛋白質構成藻膽蛋白--本身就是藻膽體內的蛋白質復合物。藻膽蛋白很容易進行原生MS分析,藍藻基因組中幾乎所有的藻膽蛋白亞基氨基酸序列都是不同的,這意味著理論上可以使用任何電噴霧電離MS方法輕松區分它們的蛋白質質量。當使用原生MS查看蛋白質復合物水平時,所有物種都會產生獨特的質譜。


    在文章中,作者表明原生 MS 確實可以唯一地識別藍藻物種。通過對藍藻細胞裂解物的原生MS 分析,可觀察到與藍藻內獨特的藻膽蛋白復合物相對應的簡單質譜“指紋”。由于 Orbitrap 質量分析器提供的高分辨率,檢測到的每個物種都彼此基線分離,沒有檢測到光譜重疊,這意味著可以從非無菌培養物中識別每個藍藻物種。最后,作者比較了原生 MS 方法對藍藻檢測的靈敏度。數據顯示,體積相對較?。▇50 mL)的藍藻可以在藻華形成之前以相當于熒光光譜技術的水平被識別,同時使用比現有 MALDI-TOF MS 方法少10倍的樣本??傮w而言,數據顯示原生 MS 在快速鑒定藍藻物種方面具有非凡潛力。

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    物種鑒定實驗 作者使用 DS-11 分光光度計 (DeNovix) ,以 1(mg/ml)-1cm-1 的消光系數測量來自大螺旋藻、圓球藻、Gloeocapsopsis crepidinum、Nodularia harveyana、Spirulina subsalsa和Oscillatoria nigroviridis的提取物的總蛋白質濃度,最終將提取物以等比例混合使得蛋白混合液最終濃度約為 0.065 mg/mL,隨即通過天然 MS 進行分析。


    別藻藍蛋白檢測限實驗 作者使用DS-11 分光光度計 (DeNovix) 進行測量,并假設消光系數為 700,000 M –1 cm –1,別藻藍蛋白的濃度由其在652 nm處的吸光度確定。從0.72 g/L 的儲備溶液中,將別藻藍蛋白稀釋到10 mM 醋酸銨中,使其濃度分別為 50、10、5、2.5和1.26 mg/L,然后通過天然 MS 分析樣品。50和5 mg/L 別藻藍蛋白溶液還通過紫外-可見光譜在 220-750 nm 范圍內進行監測,以 1 nm 的規則間隔讀取讀數。


    原生 MS 物種鑒定的檢測限實驗 作者使用 DS-11 分光光度計 (DeNovix) 和 Bennett 和 Bogorad (1973) 中定義的方程,分別通過測量620和650 nm處的吸光度來確定裂解物的別藻藍蛋白和藻藍蛋白濃度。


    超微量模式下,DS-11的蛋白檢測范圍0.04-1125mg/ml BSA;熒光模式下,蛋白檢測范圍是12.5ug/ml-1125mg/ml。DS-11僅為DS-11系列中的一款型號,不同型號擁有不同配置,不同檢測模式滿足不同檢測限要求,適用于超廣研究方向和使用者群體。感謝Jaspreet K Sound等科研工作者給予DS-11 分光光度計點亮藍藻獨特質譜“指紋”的機會,希望Denovix品牌的超微量DS-11系列產品能夠參與點亮更多科研領域新發現,超微量之力,雖聽起來綿薄,但我們竭誠貢獻!

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    圖Denovix超微量-不同型號與功能配置


    DS-11系列主要特點:

    ·主機超微量模式始終如一的精度、終身免校。專利的SmartPath和Brigde testing技術保駕護航。

    ·無論是微量模式還是紫外熒光一體式:測量樣品的濃度范圍最寬,上下限均是行業內的翹首。

    ·根據樣品濃度不同,自動變換測量光程。受專利保護(US9442009B2)。超微量模式:0.02mm自動變換至0.5mm

    ·污染物分析功能SmartQC,污染物種類鑒定報告。提示污染物,結合熒光模塊檢測。

    ·微量模式下,蛋白質濃度無限制準確測量。無需稀釋至比色皿,微量即可檢測高濃度的蛋白質。  

    ·唯一一款整合了熒光光度計的超微量,拓展了用戶類型。


    篇幅有限,產品還有很多迷人細節,詳情請咨詢我司獲悉,歡迎預約試用樣機!


    [1] Sound JK, Peters A, Bellamy-Carter J, Rad-Menéndez C, MacKechnie K, Green DH, Leney AC. Rapid Cyanobacteria Species Identification with High Sensitivity Using Native Mass Spectrometry. Anal Chem. 2021 Oct 26;93(42):14293-14299. doi: 10.1021/acs.analchem.1c03412. Epub 2021 Oct 17. PMID: 34657414; PMCID: PMC8552214.

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