微生物學研究：一次追蹤多個細菌

　　自從1673年列文虎克用他自己制造的顯微鏡觀察到了被他稱為“小動物animalcules”的微生物世界之后，生物學進入了微生物階段。這些微小的動物具有如此驚人的多樣性，無論是人體腸道，還是海底世界都充斥著它們的身影，但在此后有了DNA的跨時代發現，微生物就不再是研究的寵兒了，不過依然有不少科學家繼續進行對其各種行為的研究。

　　包括細菌在內的微生物研究常常需要追蹤和分析這些生物的動態行為，時至今日這些技術已經得到了長足發展，出現了一些新的工具，如熒光蛋白報告基因，經典技術也獲得了新生，如瓊脂糖平板上細菌菌落復雜漩渦和螺旋形生長的定量分析等。同時在過去的二十年里，顯微鏡又卷土重來，通過一些小型，相對廉價的相機，以及日益復雜的圖像分析工具幫助科學家們完成了許多分析研究。

　　The Scientist雜志匯總了一些創新方法，以及經典方法的升級版。

　　一次追蹤多個細菌

　　通常情況下，研究人員都需要費力地追蹤在他們視野的單個細菌。細菌單一軌跡有助于得到關于這種細菌運動的一般性結論。然而現在的成像技術和計算機技術已經能幫助研究人員同時捕獲和分析多個細菌軌跡了。

　　來自倫敦大學學院的Gabriel Rosser看到他的一個同事費盡心力收集了數以百計細菌的活動軌跡，希望能幫助解決這一問題，“我知道他有自己的方法，但是他并不確定如何尋找軌跡的起點，”Rosser說。

　　為了解決這一問題（不用分別建立追蹤亞集），Rosser與來自牛津大學的Alexander Fletcher合作，研發了新的運算法則，可以一次處理所有的追蹤進程，篩選掉那些軌跡太凌亂或不可能存在的軌跡，“一旦你選擇了一種細菌，那么就有可能出現篩選，”Fletcher說，平常我們都需要篩選那些好的軌跡：更直、更長，更容易地分析，而在這里，計算機幫我們完成了這一工作。

　　研究人員分析了紅假單胞菌Rhodobacter sphaeroides，這是一種使用單一鞭毛運動，自由游動的桿狀細菌。由于這種細菌很小，因此其周圍分子的隨機布朗運動都會導致它們偏離直線運動，為此研究人員采用了一種稱為“run-and-tumble（運動翻滾，生物通譯）”的方法，在細菌停下來之前進行快遞的旋轉或鞭毛拂動，令其保持短暫的直線運動。

　　通過新的運算法則，研究人員發現這種細菌翻滾階段的出現并不是隨機的，這與之前科學家們認為的相反，“它們改變得太快，以至于變成了一個被動的過程，”Rosser說。

　　要進行這種分析，Rosser說，可以在他們的論文中找到詳細的過程（PLOS Comput Biol, 9: e1003276, 2013）。只要是一般采用成像捕獲軟件獲得的細菌軌道都可以用這個工具進行分析，其中的一些應用可能與菌種有關，“但相關的分析具有一般適用性，”他說。