細菌の細胞増殖は、蛍光顕微鏡観察中にバイオレット光とブルーライトでは抑制されるが、イエローライトでは抑制されないことを示した

Bacterial cell growth is arrested by violet and blue, but not yellow light excitation during fluorescence microscopy.

• Nina El Najjar
• Muriel C F van Teeseling
• Benjamin Mayer
• Silke Hermann
• Martin Thanbichler
• Peter L Graumann

抄録

背景:

蛍光顕微鏡は、細胞生物学、特に動的なプロセスの研究のための強力なツールである。バクテリアに紫外線、青色および紫色の光を集中的に照射すると細胞を死滅させることが示されているが、ライブセルイメージング中の青色または紫色の光の効果については、ほとんど情報がない。

BACKGROUND: Fluorescence microscopy is a powerful tool in cell biology, especially for the study of dynamic processes. Intensive irradiation of bacteria with UV, blue and violet light has been shown to be able to kill cells, but very little information is available on the effect of blue or violet light during live-cell imaging.

結果:

我々はここで、モデル細菌である枯草菌において、標準的なバイオレット光（405nm）とブルーライト（CFP）（445-457nm）の励起によって染色体の偏析と細胞増殖が急速に停止するのに対し、グリーンライト（YFP）によってはほとんど影響を受けないことを示している。ストレスシグマ因子σと青色光受容体YtvAは成長停止には関与していない。枯草菌の同期細胞を用いて、蛍光顕微鏡用の青色光の使用は、特異的な細胞周期停止ではなく、非特異的な毒性効果を誘導する可能性があることを示した。大腸菌とCaulobacter crescentus細胞はまた、青色光（CFP）に15 1秒暴露後に成長を停止しますが、YFPチャネルで同様の条件で画像化したときに成長を継続します。大腸菌の場合、YFP励起は白色光励起に比べて成長を遅らせるが、CFP励起は細胞の大部分で細胞死につながる。このように、軽度のバイオレット/ブルーライト励起でも細菌の増殖を阻害することがわかった。枯草菌におけるバイオレット光の用量依存効果を分析すると、低強度バイオレット光への短時間の暴露は細胞の成長を継続させるが、長時間の暴露はそうではないことを示している。

RESULTS: We show here that in the model bacterium Bacillus subtilis chromosome segregation and cell growth are rapidly halted by standard violet (405 nm) and blue light (CFP) (445-457 nm) excitation, whereas they are largely unaffected by green light (YFP). The stress sigma factor σ and the blue-light receptor YtvA are not involved in growth arrest. Using synchronized B. subtilis cells, we show that the use of blue light for fluorescence microscopy likely induces non-specific toxic effects, rather than a specific cell cycle arrest. Escherichia coli and Caulobacter crescentus cells also stop to grow after 15 one-second exposures to blue light (CFP), but continue growth when imaged under similar conditions in the YFP channel. In the case of E. coli, YFP excitation slows growth relative to white light excitation, whereas CFP excitation leads to cell death in a majority of cells. Thus, even mild violet/blue light excitation interferes with bacterial growth. Analyzing the dose-dependent effects of violet light in B. subtilis, we show that short exposures to low-intensity violet light allow for continued cell growth, while longer exposures do not.

結論:

我々の実験では、注意が密接にイメージング中とイメージング後にバイオレットまたは青色の励起効果を制御しなければならないことにライブセルイメージング実験の設計で取られなければならないことを示しています。光活性化を含むsptPALMまたは他のイメージング研究中にバイオレット励起は、ほとんど効果が見られるが、細胞死への鋭い遷移が発生した上記の下で、しきい値を持っています。YFPイメージングは、より良い細胞周期や細胞増殖パラメータを検討する場合は特に、タイムラプス研究に適していることが証明されています。

CONCLUSIONS: Our experiments show that care must be taken in the design of live-cell imaging experiments in that violet or blue excitation effects must be closely controlled during and after imaging. Violet excitation during sptPALM or other imaging studies involving photoactivation has a threshold, below which little effects can be seen, but above which a sharp transition into cell death occurs. YFP imaging proves to be better suited for time-lapse studies, especially when cell cycle or cell growth parameters are to be examined.