范文一:微生物学杂志
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期刊:著者 . 题(篇)名 . 刊名,出版年,卷(期):起迄页 .
会议录 论文集 论文汇编:著者 . 题(篇)名 . 出版地:出版单位,出版年,起迄页 .
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范文二:微生物学杂志
微生物学杂志
2005年7月第25卷第4期JOURNALOFMICROBIOLOGYJul005Vol.25No.47y27
毛细管电泳在微生物分离与检测中的应用
2,杨玉志1,张春秀1,唐祖明1*,陆祖宏1*
(东南大学生物科学与医学工程系分子与生物分子教育部重点实验室,江苏南京2;南京市鼓楼医院,江苏南京2)1.100962.10008
摘要毛细管电泳在分离与分析无机离子、有机小分子、生物大分子(如蛋白质、核酸)和微生物(细菌、病
毒)等方面应用十分广泛。着重论述了毛细管电泳在微生物分离与检测方面的基本原理、早期探索、存在问题和最新进展。关键词
毛细管电泳;微生物;细菌;病毒
文献标识码A
文章编号1()005-7021200504-0077-05
中图分类号Q331
AlicationofCaillarlectrohoresisinMicrobeSearationandDetectionpppyEpp
12,1,11
YANGYu-zhiZHANGChun-xiuTANGZu-minLUZu-hong,g
,
(,;1.KeabooleculeandBiomoleculeunderMinist.oducat.Det.oiomedicalEnin.SEUniv.Nanin10096yLfMfEpfBgjg2
)2.NaninulouHosNanin10008jgGp.jg2
AbstractCaillarelectrohoresiscanbeusedtoisolateandanalzeawidevarietfinoranicandoranicsmallpypyyogg
,(,),(,),moleculesbio-macro-moleculessuchasroteinsnucleicacidsandmicrobesbacteriaviruses.Basicrincileppp,,earlxlorationtheexistinroblemsandthenewestroressofitinmicrobesearationanddetectionwereem-yepgppgphasized.p
;;;Kewordscaillarelectrohoresismicrobebacteriaviruspypy
自从1(C980年毛细管电泳aillarlec-pyE,技术诞生以来,随着有关毛细管trohoresisCE)p
电泳理论研究的不断深入和检测方法的不断完善,毛细管电泳技术以其快速、高效、高灵敏度、重复性好及易于实现全自动操作等优点,广泛应用于化学、生物学、医学、环境卫生等各个方面。尤其是二极管阵列、激光诱导荧光、质谱、拉曼光谱、安培法、电导法等检测技术与毛细管电泳的结合,使得毛细管电泳技术达到前所未有的高度。但是,不同于毛细管电泳在无机离子、有机小分子和生物大分子(如蛋白质、核酸)等方面取得的巨大成功,毛细管电泳在微生物方面的应用在最近几年才取得较大进展,并逐渐显现出巨大的应用潜力。本文主要介绍毛细管电泳在微生物分离与检测方面的应用。
收稿日期:2004-11-16
作者简介:杨玉志男,硕士生。从事毛细管电泳研究。
1利用毛细管电泳进行微生物分离
与检测的基本原理
毛细管电泳是指以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道,依据样品中各组分之间电泳淌度和分配行为上的差异而实现高效快速分离的一类液相分离技术。依据样品组分在缓冲液中所受作用的不同,毛细管电泳的操作模式可以分为毛细管区带电泳(C、毛细管凝胶电泳(C、毛ZE)GE)细管等速电泳(C、毛细管等电聚焦电泳ITP)
[]1(C)和亲和毛细管电泳(A等。毛细管IEFCE)电泳技术以其快速、高效、高灵敏度、重复性好及
易于实现全自动操作等优点,广泛应用于化学、生物学、医学、环境卫生等各个方面。
在微生物学领域,长期以来微生物的鉴定方
基金项目:国家自然科学基金();国家8(、)6022300263高科技基金项目2002AA2Z20412004AA30207
*通讯作者
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微生物学杂志
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法主要是19世纪就开始使用的纯菌种分离法,不仅花费时间长,而且只能对有限的微生物种类进行逐个检测。另外微生物的定量检测手段极其有限,至今没有一种现代仪器分析方法适用于微生物的定量检测。人们常用的各种手工和自动细胞计数仪只能适用于纯菌种,对混合微生物样品则无法直接分析,而且结果也与实际数目误差较大。自从1987年Herten等人报导利用毛细管电j泳分析烟草花叶病毒(T,obaccomosaicvirus
等因素均会影响微生物的电迁移率。不同种类微生物电迁移率的不同,使得利用毛细管电泳法分离分析微生物成为可能。
2毛细管电泳进行微生物分离与检
测的难点及影响因素
毛细管电泳设计的最初目的是用于分析各种分子,但是即使是最大的分子,与微生物相比,其体积和结构复杂性也要小许多。例如,葡萄糖分MV)和干酪乳杆菌(Lactobacilliuscasei)[2]
以来,有关微生物的毛细管电泳检测被不断报导,成
为毛细管电泳的一个重要研究方向。
大多数微生物,如细菌、病毒等的外层由蛋白质外壳、糖蛋白膜或细胞壁构成,其外层在大多数情况下带电。细菌细胞壁的化学特性不仅决定表面电荷,而且决定该细菌是革兰氏阳性或阴性。革兰氏阴性(G-)菌表面有磷脂双层的胞质膜和细胞壁,细胞壁内层为很薄的肽聚糖层(仅1~2层),其外还有3层结构,由内向外依次为脂蛋白、脂质双层和脂多糖。这些复杂的结构使G-菌表面电荷增多;革兰氏阳性(G+)菌的胞壁中无脂质双分子层,但肽聚糖层很厚(15~50层),肽聚糖层外面富含磷壁酸。细菌有带电现象,G+菌
等电点(PI)为2~3,G-菌等电点(PI)为4~5,故细菌在中性或弱碱性环境中带负电,当pH≥5时,G-菌达到等电状态,而G+菌仍可带负电荷[3]。病毒的外层为蛋白质层,蛋白质的氨基酸残基使病毒带电荷。真菌的细胞壁含蛋白质和脂肪膜,使其带有特征电荷。上述微生物所带电荷随pH值、
离子强度、离子成分和温度等条件的变化而变化[4]。同其他所有带电胶体一样,微生物
胶体的电特性使其在毛细管内壁形成双电层,这是微生物毛细管电泳的前提条件。
Schnabel等人[5]
报导了电迁移率(μ)与Zeta
电势(ξ
)、缓冲液电导率(E)、缓冲液黏度(η)和粒子大小(r
)之间的关系式:μE[ξE/(1.5η
)]f(kr)式中,f(kr)是一个无单位的参数,其取值范围在1~1.5之间,
随r变化。在直流电场作用下,微生物胶体的电迁移率也满足此关系式。由上式看出,在直流稳压电场作用下,缓冲液的离子强度、p
H值、微生物的大小子长度只有1.5nm,而细菌可以达到10μm长。这种体积和复杂程度的提高,使得微生物的毛细管电泳分析与分子相比复杂很多。
除了体积和结构复杂之外,微生物的毛细管电泳还要考虑其他因素。首先,大多数微生物难以得到纯菌种,使得样品的制备十分困难。其次,微生物都是双极性的,在高pH值时带负电,
在低p
H值时带正电,因此缓冲液的pH值也是一个重要影响因素。微生物的溶液稳定性差,对环境(如p
H值,离子强度和含氧量等)非常敏感,随着时间的延长可能会出现繁殖、溶解等现象。另外许多微生物容易聚集成长链或簇等大小不同的聚合体,吸附到其他微生物或毛细管内壁,从而影响电泳结果。大部分微生物还会分泌某些物质,这些分泌物会引起电泳速度改变或产生一些不利于分离的影响,并可能造成假峰或异常峰。与其他分子的溶液相比,微生物溶液的非均质性和复杂性,
造成微生物样品进样和分析上的困难[6]。
以上这些因素造成微生物的毛细管电泳不如小分子那么容易控制和预测,若实验条件控制不当,经常会得到重复性很差、没有任何意义的电泳图谱。
3毛细管电泳进行微生物分离与检
测的早期探索
1987年,Hj
erte’n等人首次报道了利用毛细管电泳分析微生物的实验[2]。他们利用甲基纤维素修饰的毛细管分别分析了烟草花叶病毒TMV)和干酪乳酸菌(L.casei)。缓冲液的pH
值为8.5,毛细管内径为100μm(带有甲基纤维素或线性聚丙烯酰胺涂层),利用紫外检测器,在260nm检测TMV,在220nm检测L.casei。得出的电泳图谱显示4min内有比较标准的电泳
T(
4期
杨玉志等:毛细管电泳在微生物分离与检测中的应用
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峰,但是没有区分出微生物的种类。他们的实验首次证明了利用毛细管电泳分析微生物的可行性。
竺安和陈义进行了毛细管区带电泳1989年,
[]7分析多种红细胞(人、鸡、猪和兔)的实验。他们在缓冲液中加入羟基丙烷甲基纤维素,获得了重复性很好的CE图谱。他们发现不同物种的单个红细胞的保留时间差别很大:人14min左右,兔2鸡2猪36.6min左右,8.3min左右,2.8min从早期微生物毛细管电泳的实验可以看出:实验用的毛细管较长;只有不同微生物的电泳速率差异足够大时,才能实现微生物的电泳分离;与小分子相比,微生物电泳的峰形不够标准,而且带宽较大。尽管存在困难,但这些早期实验给微生物的毛细管电泳奠定了较好的基础。
4毛细管电泳在细菌分离与检测方
面的最新进展
左右。如果把这些红细胞混合在一起做CE分析,也得出比较好的互不影响的分离结果。竺安和陈义首次提出了电泳图谱上异常尖峰的出现可能是细胞聚集的结果,同时证明峰高和进样的细胞量相关,红细胞样品保存时间的长短也直接影响出峰时间。
1993年,Ebersole和McCormick利用毛细管
区带电泳进行了细菌分离的实验[8],他们能够将粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)、化脓性链球菌Streptococcuspyogenes)、无乳链球菌(Strep
tococ-usagalactiae)、肺炎链球菌(Streptococcuspneu-oniae)和金黄色葡萄球菌(Staphy
lococcusau-eus)全部或部分区分成离散的区带。他们认为整个实验过程中90%的细菌保持活性。他们利用传统细胞电泳的方法,建立了细菌电泳的电泳速率匹配法。实验中,他们使用的毛细管内径为00μm,长度达到250cm以保证样品在足够的分离时间内互相分开。电泳实验结果显示与粪肠球菌相对应的2个峰,第1个峰代表该细菌的特征峰,另一个峰他们认为是该类细菌聚集形成的异常峰。另外他们提出细菌表面电荷的多少直接影响电泳速率。
1997年,Pfetsch和Welsch也做了分离3种细菌恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)、假单胞菌(Pseudomonasspecies)和富营养产碱杆菌Alcaligeneseutrophus)的类似毛细管电泳实验[9],实验条件基本与Ebersole和McCormick的实验条件一致,毛细管内径为250μm,
长度也是50cm。结果表明分离时间稍有缩短,但是带宽基本一致。他们测出了不同缓冲液pH值和离子强度下的电泳速率。在pH值为9.6时,如果离子强度的范围在2~10mmol/L之间,
测出的电泳速率范围是20~30m2/(v?s
-1)。自1999年以来,毛细管电泳在细菌分离分析的最新进展以美国Armstrong小组为代表,他们建立的微生物毛细管区带电泳(capillaryzoneelectrop
horesis,CZE)方法,可以在短时间对微生物样品进行分离,得到的峰形很尖锐,而且柱效很高。其中的关键就是他们在缓冲液里添加了浓度很低[p(0.025%)质量比]的聚合物添加剂(聚环氧乙烷),其作用不仅表现在降低电渗流上,而且不同浓度的添加剂对微生物的电泳淌度的影响也不一样。在实验中他们使用内径100μm,
长度为27cm的毛细管,在10min内成功实现了对M.luteus、产气肠杆菌(E.aerog
enes)、荧光假单胞菌(P.f
luorescens)和酿酒酵母(S.cerevisiae)的有效分离。使微生物的毛细管电泳首次在毛细管内径长度、分离时间、峰分辨率和柱效等方面达到小分子的水平。Armstrong小组还发现,缓冲液的成份、pH值、离子强度、聚合物添加剂的种类和分子量、加入添加剂后缓冲液的保存时间以及微生物的处理方法等许多因素都会对微生物的电泳
行为产生影响[6]。
Shiniani等人也采用了在缓冲液中加入低浓度聚合物添加剂的方法,他们加入的是藻酸钠聚合物,分离某些沙门氏菌,得到很好的分离效果。他们发现,在缓冲液中加入0.01%的藻酸钠后,肠类沙门菌(S.enteritidis)的电泳峰有很大改善,但是对鼠伤寒沙门菌(S.typ
himurium)的作用不大。他们还发现进样的细胞数与检测信号之
间有很好的比例关系[10]。
Girod等人对有关低浓度聚合物的作用机理进行了深入研究[11]。实验中,他们利用带有激光诱导荧光的CCD记录毛细管电泳的动态图象,发现在细菌的毛细管电泳中,特定条件下会发生电泳峰的压缩现象。他们还研究了产生和影响峰压
(cmr1(2
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微生物学杂志
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缩现象的几个因素,离子强度的提高使峰的出现更快,峰形更尖锐;但是提高p有可能改变H值,细菌的极性,使细菌向阴极移动,反而降低电泳速率。通过对不同聚合物添加剂的比较,发现聚烯吡酮也能产生峰压缩现象,但是聚丙烯酰胺不能。改变聚合物添加剂的分子量也会影响峰压缩,但是分子量太大时反而使出峰时间延长了。J.Zheng等人对含有低浓度聚合物的作用机
[]12理提出了另外一种观点。他们在配有CCD的品,却出现了小峰,他们认为4.8min的峰消失,
是RNA降解产物的峰。由此证明3.6min的峰是HRV的峰。另外他们利用单克隆抗体使离心后取上清液分析,在电泳图谱上HRV聚集,发现3从而也证.6min的峰有不同程度的减少,明了3.6min的峰是HRV的峰。
(A研究Okun等人利用毛细管亲和电泳CE)了H(m)之间相互RV和某些单克隆抗体Ab8F5
[]16作用的程度。实验中,随着与HRV结合的
显微镜下直接观察单个细菌的活动,在电场作用下,单个细菌的方向与电场方向之间的夹角不一样,导致他们的运动速度也不一样。0≠方向的细菌运动速度最快,而90≠方向的细菌运动速度最慢。由于运动速度不同,细菌在运动过程中互相碰撞、聚集,而且随着聚集的细菌数量增加,这些聚集形成的细菌聚合体也导致了电泳峰变窄,看上去更加标准。
毛细管电泳在病毒分离与检测上
的研究进展
有关病毒毛细管电泳的报道最早见于1987年,Hj
erte’n等人利用甲基纤维素修饰的毛细管分析了TMV,得出了TMV的电泳图谱[2]。后来rossman和Soane再次研究了TMV的电泳特
性[13],证明了病毒的方向性对其电泳速率有影响。由于病毒大多是杆状的,不同的方向性会导致病毒与周围缓冲液之间的摩擦力不同。电场强度越高,病毒与电渗流的方向越趋于一致,摩擦力越小,电泳速率越快。
Kenndler和他的助手发表了多篇有关人鼻病毒(humanrhinovirus,HRV)毛细管电泳的文章。996年他们发表了第一篇有关HRV等电点的文
章[14]。之后一篇文章证明了HRV的毛细管电泳图谱重复性很好[15]。他们在实验中发现在3.6
in左右都会出现一个较大的峰,
而且通过实验证明了该峰是HRV的峰。首先加热HRV样品使其变性,导致RNA从蛋白质外壳中释放和其他结构变化。变性的样品再做毛细管电泳分析,.6min的峰消失,却在4.8min左右出现另外一个峰。他们利用RNA酶分别处理变性前后的样品,结果表明RNA酶对变性前的样品没有影响,3.6min的峰依然出现。但是对变性后的样
mAb8F5抗体量的不断增加,
电泳图谱上与原始样品一致的峰其出峰时间发生变化,直到mAbF5的量超出一定范围,在图谱上出现了mAbF5的峰。他们还证明HRV14与mAb17-IA之间也有类似的关系。他们还证明这个实验结果可以用于HRV与单克隆抗体之间相互反应的化学定量。将一定量的mAb3B10与不断增加的
HRV2反应,HRV2聚集离心后,用CE分析上清液,得出mAb3B10的电泳图谱。通过绘制mAb峰面积与所加入HRV2的量之间的关系曲线,发现他们呈线性比例关系。
除了鼻病毒之外,只有Mann等人研究了人
腺病毒的毛细管电泳[17]。实验中,他们采用了聚
乙烯醇涂层的毛细管,长度57cm左右,缓冲液是25mmol/L的磷酸钠溶液。他们发现如果毛细管不做涂层,由于病毒吸附到管壁,得到的电泳图谱是空的。涂层后得到的电泳图谱表明9~0min左右有一个主峰。最佳的缓冲液pH值是
.0,浓度是25mmol/L。
微生物毛细管电泳分离与检测的应用
.1药物中微生物的检测
尽管纯菌种培养法、PCR和ELISA法已经成功应用于药物中微生物的鉴定,而且PCR和ELISA可以用于定量检测,
但是这些方法操作复杂,费力,耗时(长达2h至3d)。2003年8月,young-geounMoon和YongseongK
im报导了CE在检测药品和保健品中的微生物方面的应用[18]。他们在缓冲液中加入聚环氧乙烷,对分别含有酿酒酵母和粪肠球菌的2种药物进行毛细管电泳,毛细管直径100μm,有效长度40cm,紫外检测器的波长为214nm,在30min之内都得
885G11766Bm3
4期
杨玉志等:毛细管电泳在微生物分离与检测中的应用
81
出了较好的分析结果,符合药品生产厂家提供的数据。他们的实验表明毛细管电泳方法可以对含有微生物的药品和保健品的生产过程进行质量控制,包括单位重量的药品中微生物的数目、纯度和存活率等。
6.2毛细管电泳在临床微生物检测中的应用
从微生物的毛细管电泳原理上看,那些由细菌引起的各类疾病应都可以用毛细管电泳方法来诊断。毛细管电泳不需要额外的纯菌种培养,直colloidaloldnanoarticlesaccordinosizebaillaronegpgtycpyz[],,:electrohoresisJ.J.Microcol.Sear19979529-534.pp
[]D.,,,6W.ArmstronG.SchulteJ.M.Schneiderheinzeetal.g
Searatinicrobesinthemannerofmolecules.1.Caillarpgmpy
[],:J.AnalChem,1999715465-electrokineticaroachespp5469.
[]A.,7ZhuY.Chen.Hih-voltaecaillaroneelectrohoresisofggpyzp
[],,:redbloodcellsJ.J.Chromator1989470251-260.g[]R.,8C.EbersoleR.M.McCormick.Searationandisolationofp
[]viablebacteriabcaillarzoneelectrohoresisJ.Biotechnol-ypyp接分析样品即可;样品用量极少;分析速度快;可同时检测多种微生物,这些优势使得毛细管电泳在临床微生物检测方面的应用前景十分广阔。
以尿道炎为例,该疾病主要是由大肠埃希菌E.coli)和腐生性葡萄球菌(S.saprophyticus)2种细菌引起。Armstrong小组利用微生物的毛细管区带电泳方法检测并鉴定了人体尿液中的这2
种菌[19]。在实验中,他们把尿液直接作为样品来
分析。缓冲液的pH值为9.0,聚合物添加剂的分子量为100000。结果表明,如果尿液中含有大肠埃希菌或腐生性葡萄球菌,可以很容易的被检测出来。再利用标准样品对照法就可以判断病人感染了何种细菌。实验还发现,尿液的浓度会影响两种细菌的电泳淌度。
小
结
随着毛细管电泳的基本原理、检测技术和联用技术的发展,高效、快速的毛细管电泳分离分析方法会在很多涉及细菌、病毒、真菌、海藻和原生动物等微生物的分离、签别和定量分析方面有更加广阔的应用前景。参考文献:
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idIdentificationoftheBacterialPathogensResponsibleforUrinaryT
ractInfec-tionsUsingDirectInjectionCE[J].AnalChem,2000,72:4474.
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范文五:2010微生物学领域SCI期刊杂志
2010微生物学领域SCI期刊杂志
所属类杂志影响因缩写名/全名 ISSN号 别级别 子* NAT REV MICROBIOL 微生物第11740-1526 17.644 NATURE REVIEWS MICROBIOLOGY 学 级 CLIN MICROBIOL REV 微生物第1 0893-851214.691 clinical microbiology reviews 学 级 CELL HOST MICROBE 微生物第21931-3128 13.021Cell Host & Microbe 学级 ANNU REV MICROBIOL 微生物第10066-4227 12.804 annual review of microbiology 学 级 MICROBIOL MOL BIOL R 微生物第1 1092-2172 12.585microbiology and molecular biology reviews 学 级 FEMS MICROBIOL REV 微生物第10168-6445 9.783 fems microbiology reviews 学 级 CURR OPIN MICROBIOL 微生物第21369-5274 7.866 current opinion in microbiology 学 级 CELL MICROBIOL 微生物第21462-5814 5.725 cellular microbiology 学 级 ENVIRON MICROBIOL 微生物第21462-2912 4.909 environmental microbiology 学 级 ANTIMICROB AGENTS CH 微生物第20066-4804 4.802antimicrobial agents and chemotherapy 学 级 J CLIN MICROBIOL 微生物第30095-1137 4.162 journal of clinical microbiology 学 级 J BACTERIOL 微生物第3 3.94 0021-9193 journal of bacteriology 学 级 PROTIST 微生物第31434-4610 3.853 protist 学 级 EUKARYOT CELL 微生物第31535-9778 3.806 eukaryotic cell 学 级 FEMS MICROBIOL ECOL 微生物第30168-6496 3.598 fems microbiology ecology 学 级 CRIT REV MICROBIOL 微生物第31040-841X 3.207 critical reviews in microbiology 学 级 MICROBIOL-SGM 微生物第31350-0872 3.025 microbiology-sgm 学 级 BMC MICROBIOL 1471-2180 2.89 微生物第3
bmc microbiology 学 级 FUTURE MICROBIOL 微生物第41746-0913 2.875 FUTURE MICROBIOLOGY 学 级 HELICOBACTER 微生物第31083-4389 2.851 helicobacter 学 级 J EUKARYOT MICROBIOL 微生物第4 1066-5234 2.355journal of eukaryotic microbiology 学 级 J MED MICROBIOL 微生物第40022-2615 2.272 journal of medical microbiology 学 级 FEMS MICROBIOL LETT 微生物第40378-1097 2.199 fems microbiology letters 学 级 RES MICROBIOL 微生物第40923-2508 2.154research in microbiology 学 级 INT J SYST EVOL MICR 微生物第41466-5026 2.113 international journal of systematic and evolutionary microbiology 学 级 ANTON LEEUW INT J G 微生物第4antonie van leeuwenhoek international journal of general and 0003-6072 1.983 学 级 molecular microbiology
EUR J PROTISTOL 微生物第40932-4739 1.966 european journal of protistology 学 级 ARCH MICROBIOL 微生物第40302-8933 1.927archives of microbiology 学 级 MICROBIOL RES 微生物第40944-5013 1.771 microbiological research 学 级 ANAEROBE 微生物第41075-9964 1.633 anaerobe 学 级 J MICROBIOL 微生物第4 1225-88731.463 journal of microbiology 学 级 CURR MICROBIOL 微生物第4 0343-8651 1.33current microbiology 学 级 J BASIC MICROB 微生物第40233-111X 1.319 journal of basic microbiology 学 级 SYMBIOSIS 微生物第40334-5114 1.052 symbiosis 学 级 MICROBIOLOGICA 微生物第41121-7138 0.947 microbiologica 学 级 NEW MICROBIOL 微生物第41121-7138 0.947 microbiologica 学 级 ACTA PROTOZOOL 0065-1583 0.775 微生物第4
acta protozoologica 学 级 MICROBIOLOGY+ 微生物第40026-2617 0.638 microbiology 学 级 BRAZ J MICROBIOL 微生物第41517-8382 0.622 brazilian journal of microbiology 学 级 REV MED MICROBIOL 微生物第40954-139X 0.609 reviews in medical microbiology 学 级 AFR J MICROBIOL RES 微生物第41996-0808 0.407 AFRICAN JOURNAL OF MICROBIOLOGY RESEARCH 学 级 MIKROBIYOL BUL 微生物第40374-9096 0.286 Mikrobiyoloji Bulteni / Bulletin of Mikrobiyology 学 级