單細胞ICP-MS應(yīng)用：測定單個細菌細胞的鐵含量

細菌是一種單細胞生物體，個體非常小，目前已知最小的細菌只有0.2微米長，因此大多只能在顯微鏡下被看到。細菌廣泛分布于土壤和水中，或者與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。據(jù)估計，人體內(nèi)及表皮上的細菌細胞總數(shù)約是人體細胞總數(shù)的十倍。

鐵是細菌細胞內(nèi)部進行各種生物過程所必須的金屬輔助因子。通常，鐵作為一種可抑制細菌生長的營養(yǎng)元素，細胞中的總鐵含量限額取決于細胞的生長狀態(tài)和代謝需要。細菌的生長和繁殖必須有鐵的供給才能得以進行。但細胞內(nèi)多余的可溶性鐵是有毒的。

在確定細胞生長條件和應(yīng)激反應(yīng)的影響時，實時地測定細菌細胞中的鐵含量可提供關(guān)于細菌中鐵耐受限值的信息。監(jiān)測單個細胞內(nèi)的鐵含量還可了解細胞中鐵的分布情況，從而確定細胞群的同質(zhì)性。
在本次實驗中，我們利用單細胞電感耦合等離子體質(zhì)譜 SC-ICP-MS法分別測定了三種菌株的單個細胞的鐵含量。這三個菌株分別是大腸桿菌B株(Eco)、枯草芽孢桿菌168株(BAC) 和紅球菌RHA1株(RHA)。

樣品
大腸桿菌B株(Eco)，枯草芽孢桿菌168株(BAC) 和紅球菌RHA1株(RHA)，其菌株的細胞尺寸分別約為2μm、4μm和10μm±2。經(jīng)過培養(yǎng)后，被等分成1mL樣本，并儲存在50%的甘油中于-20℃保存。
  實驗
將細菌細胞樣品放入35℃水浴中解凍1min，然后將樣品置于冰袋，使用1%磷酸鹽緩沖液(PBS) 將樣品稀釋至含有100,000個細胞/mL的樣品稀釋液后立即上機SC-ICP-MS分析。
  通過采用純氨氣通入反應(yīng)池的模式（反應(yīng)模式），消除ArO+對56Fe+的干擾。

實驗結(jié)果
細胞濃度為50,000個細胞/mL時，大腸桿菌B株、枯草芽孢桿菌168株和紅球菌RHA1株的56Fe的信號掃描圖。橫坐標單位為ag，表明了單個細胞中鐵含量的分布情況。其中大腸桿菌B株的單個細胞平均鐵含量最低，而紅球菌RHA1株的單個細胞平均鐵含量最高。
 
為測試細胞重疊現(xiàn)象，將細菌細胞經(jīng)系列稀釋后進行測定。上圖表明，將細菌細胞稀釋至100,000、75,000和50,000個細胞/mL濃度時，單個細胞的鐵平均含量并沒有發(fā)生變化，反而每次稀釋后，細胞數(shù)量呈線性變化，結(jié)果表明，細胞濃度對細胞重疊無顯著影響。

結(jié)論
單細胞ICP-MS法可以準確定量單個細菌細胞中的鐵含量，可以提供細菌培養(yǎng)物中的單個細胞內(nèi)鐵分布信息。所建立的分析方法可以為嚴格控制細菌細胞的總鐵含量提供支持。單細胞ICP-MS法還可用于在不同應(yīng)激條件下生長的細菌細胞中鐵含量分布的測定。
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