混合成像方法以 3D 形式揭示微生物

加州理工学院的研究人员开发出一种新方法，可以创建细菌和植物根部复杂群落的三维图像。该技术综合了两种传统的成像方法：用荧光可视化微生物和一种称为定量相位成像的非侵入性技术。

这项技术有助于我们了解根际的复杂环境，根际是土壤中植物根部与微生物相互作用的区域。根际细菌帮助植物获取磷等关键营养物质，但由于根际环境位于地下，因此很难对其进行研究和成像。

该研究是成像专家 Changhuei Yang 的实验室、Thomas G. Myers 电气工程、生物工程和医学工程教授、Heritage 医学研究所研究员和电气工程执行官;以及生物学家 Dianne Newman 的实验室、Gordon M. Binder/Amgen 生物学和地理生物学教授和 Merkin 研究所教授之间的合作。

他们描述这项研究的论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

“观察根际动态很有挑战性，因为它自然地隐藏在不透明的土壤层之下，”新研究的共同第一作者、博士后学者雷纳尔多·阿尔卡尔德 (Reinaldo Alcalde) 说。“这促使我们开发更好的方法来对这些区域的细菌进行成像。”

传统上，想要研究细菌动态的研究人员会通过基因工程改造细菌，使其在实验室条件下发出荧光，用显微镜可以看到它们发出的人造绿光。然而，并非所有微生物物种都能以这种方式进行改造。另一种对细菌进行成像的方法是定量相位成像，它能够在不使用荧光的情况下检测出透明度的微小差异。

新技术将这两种技术整合到一个光学装置中。这项新技术被称为 CFAST(使用孔径扫描技术的复杂场和荧光显微镜)，可以比商用显微镜更快地创建微生物群落的三维图像，而且损伤更小。

“通过 3D 摄像头设置，这两种技术可以同时无缝地工作，”博士后学者、这项研究的共同第一作者张欧孟说。

由于这项工作仍处于概念验证阶段，因此在简化条件下对土壤外的细菌群落进行了成像。该团队的目标是继续开发和改进该技术，以便能够精确地同时对根系和细菌进行成像。

阿尔卡尔德说：“这是一次多学科合作，源于好奇心，融合了两个科学领域来创造出有用的东西。”

杨说：“关于土壤中究竟发生了什么，仍有许多疑问，但很少有人致力于开发从土壤中获取良好数据的良好技术。希望这个项目能成为校园内努力的开始。”