什么是隨機光學重建顯微鏡STORM？

??它有什么應用？??

“ 細菌通過將新物質組裝成其表面膜以控制其生長和分裂。在活細菌細胞中使用超分辨率顯微鏡和原位交聯，以可視化BAM復合物之間的親密接觸，這表明細菌使用高度組織化的區域來驅動膜蛋白組裝。 ”

01研究介紹

β-barrel assembly machinery complex（BAM復合物）對于細菌細胞表面蛋白的定位至關重要，但其作用機制尚不清楚。作者開發了一種直接的隨機光學重建顯微鏡(dSTORM)方法來在原位查看BAM復合體。單細胞分析表明，包含多個BAM復合物的離散膜區分布在大腸桿菌表面，最近鄰距離為~200nm。輔助脂蛋白亞基BamB對這種空間分布至關重要，原位交聯表明，BamB與該區域內鄰近BAM復合物中的BamA和BamB有密切接觸。當外膜蛋白合成最大時，BAM復合物區域膨脹，這直觀地證明了該區域在蛋白質組裝中是活躍的。這種對BAM復合物的納米級原位詢問提出了一個模型，即細菌外膜包含高度有組織的組裝區域來驅動整合的蛋白質組裝。

02研究結果（節選）

1、BAM復合體

在革蘭氏陰性菌中，外膜是細菌的外表面。β-barrel蛋白構成了該外膜質量的主要部分，其作用范圍從簡單營養物質的被動擴散到一系列特異性性狀。這些蛋白質的組裝取決于構成β-barrel組裝機制(BAM)的一系列因素，其主要和必要的組成部分是核心BAM復合物。BAM配合物的催化功能依賴于一個必要的亞基，BamA。但BAM復合物將β-barrel蛋白組裝成細菌外膜的確切機制仍有待闡明。BAM復合物的結構可以從單個組分的晶體結構來理解：BamA、BamB、BamC、BamD以及BamE，五種亞基共同構建成BAM復合體，其中BamB是WD40蛋白，BamC是Helix-grip蛋白，BamD是四肽重復蛋白。

圖1.BAM復合物的拓撲結構

目前的理解是，每個BamA分子與其他BAM亞基中的一個分子相互作用，BamC暴露在外膜的外表面，BamB、BamD和BamE暴露在基質中。

圖2.重建3個大腸桿菌細胞BamA的dSTORM成像

（左上）dSTORM重建的超分辨率圖像顯示感興趣的區域(ROI)，（中上)為對應區域生成的熱圖，(右上)邊緣效應過濾二進制掩模，顯示用于區域分析的閾值。

圖3.測量顯示大腸桿菌細胞中BamA平均（左)區域密度和(右）直徑

2、BamB是BAM配合物相互作用的關鍵

從結構上講，BamB是一種WD40蛋白，和WD40 β-螺旋槳結構可以將單元復合物結合成超級復合物，例如在分泌囊泡周圍的共原子層和核孔復合體的膜附著晶格。在這些原型陣列中，WD40蛋白亞基同時進行異型和同型的相互作用，以穩定更大的結構。因此，作者試圖解決WD40蛋白BamB的功能是將BAM復合物組織成細菌外膜區域的假設。

圖4.BamB結構

圖5.BamAB的結構

表示插入BamB的BPA殘基的位置（用紫色球體表示）BamB的正統面和非正統面的鏈間環分別用紅色和綠色表示。

圖6.野生型大腸桿菌和△BamB突變體的dSTORM成像

這些DbamB突變體的dSTORM成像顯示，在沒有BamB的情況下，BAM復合物的區域定位缺失。在△BamB突變體中，區域密度和BAM復合物的比例均有顯著差異。BAM復合物的平均區域面積從7801±221nm2（野生型）減少到4232±353nm2（△BamB)，在沒有BamB的情況下，只有26%的BAM復合物在這些較小的殘余定位中被發現。

03研究總結

以上，作者使用超分辨率成像結合完整的大腸桿菌原位交聯展示BAM復合物的組織區域結構，dSTORM技術應用于大腸桿菌的拍攝，能夠精確地識別其表面BAM復合體的結構并限定它們的尺寸，形態以及大小。通過揭示以前沒有被精細可視化的新特征，進一步了細菌表面蛋白的裝配機制。為當前各項相關研究提供了新的思路與見解。

在本研究中，研究者主要借助STORM超分辨率顯微鏡來研究大腸桿菌表面蛋白，目前在國內，隨機光學重建顯微鏡STORM已成功實現商用 ，有需要STORM成像技術進行實驗研究的專家老師們， 請文末填寫問卷， 即可預約獲得 iSTORM 超高分辨率顯微成像系統試拍服務~

力顯智能現已發布的超高分辨率顯微成像系統 iSTORM，成功實現了光學顯微鏡對衍射極限的突破，使得在20納米的分辨率尺度上從事生物大分子的單分子定位與計數、亞細胞及大分子復合物結構解析、生物大分子生物動力學等的研究成為現實，從而給生命科學、醫學等領域帶來重大突破。

參考文獻

References

1. Gunasinghe, Sachith D., et al. "The WD40 protein BamB mediates coupling of BAM complexes into assembly precincts in the bacterial outer membrane." Cell reports 23.9 (2018): 2782-2794.

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