单细胞ICP-MS应用：测定单个细菌细胞的铁含量

细菌是一种单细胞生物体，个体非常小，目前已知最小的细菌只有0.2微米长，因此大多只能在显微镜下被看到。细菌广泛分布于土壤和水中，或者与其他生物共生。人体身上也带有相当多的细菌。据估计，人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的十倍。

铁是细菌细胞内部进行各种生物过程所必须的金属辅助因子。通常，铁作为一种可抑制细菌生长的营养元素，细胞中的总铁含量限额取决于细胞的生长状态和代谢需要。细菌的生长和繁殖必须有铁的供给才能得以进行。但细胞内多余的可溶性铁是有毒的。

在确定细胞生长条件和应激反应的影响时，实时地测定细菌细胞中的铁含量可提供关于细菌中铁耐受限值的信息。监测单个细胞内的铁含量还可了解细胞中铁的分布情况，从而确定细胞群的同质性。

在本次实验中，我们利用单细胞电感耦合等离子体质谱 SC-ICP-MS法分别测定了三种菌株的单个细胞的铁含量。这三个菌株分别是大肠杆菌B株(Eco)、枯草芽孢杆菌168株(BAC) 和红球菌RHA1株(RHA)。

样品

大肠杆菌B株(Eco)，枯草芽孢杆菌168株(BAC) 和红球菌RHA1株(RHA)，其菌株的细胞尺寸分别约为2μm、4μm和10μm±2。经过培养后，被等分成1mL样本，并储存在50%的甘油中于-20℃保存。

SC-ICP-MS分析的细菌细胞样品

实验

将细菌细胞样品放入35℃水浴中解冻1min，然后将样品置于冰袋，使用1%磷酸盐缓冲液(PBS) 将样品稀释至含有100,000个细胞/mL的样品稀释液后立即上机SC-ICP-MS分析。

NexION 2000 ICP-MS及实验条件

通过采用纯氨气通入反应池的模式（反应模式），消除ArO+对56Fe+的干扰。

实验结果

细胞浓度为50,000个细胞/mL时，大肠杆菌B株、枯草芽孢杆菌168株和红球菌RHA1株的56Fe的信号扫描图。横坐标单位为ag，表明了单个细胞中铁含量的分布情况。其中大肠杆菌B株的单个细胞平均铁含量最低，而红球菌RHA1株的单个细胞平均铁含量最高。

为测试细胞重叠现象，将细菌细胞经系列稀释后进行测定。上图表明，将细菌细胞稀释至100,000、75,000和50,000个细胞/mL浓度时，单个细胞的铁平均含量并没有发生变化，反而每次稀释后，细胞数量呈线性变化，结果表明，细胞浓度对细胞重叠无显著影响。

结论

单细胞ICP-MS法可以准确定量单个细菌细胞中的铁含量，可以提供细菌培养物中的单个细胞内铁分布信息。所建立的分析方法可以为严格控制细菌细胞的总铁含量提供支持。单细胞ICP-MS法还可用于在不同应激条件下生长的细菌细胞中铁含量分布的测定。

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