各位奮戰在科研前線的戰友們,你們是否曾在凌晨三點的細胞房里,在顯微鏡下盯著細胞培養瓶里可疑的那些小黑點,糾結這到底是細胞碎片還是污染,這細胞還能做實驗嗎?事實上,細胞碎片和微生物污染都有其明顯的特征,了解這些特征,我們就能夠簡單有效地將它們區分開。
01
細胞內黑點和細胞外黑點的區分
細胞內黑點:首先需要明確的是,細胞內的黑色顆粒既不是碎片也不是污染,是細胞器及細胞外分泌泡,屬于細胞自身的結構及特性。不同類型的細胞,胞內顆粒的數量可能不同。培養條件也會影響細胞內顆粒的數量。

▲ 細胞內黑色顆粒為自身結構特性
細胞外黑點:通常為細胞碎片、細胞代謝產物或血清中的磷酸鈣沉淀(此文中統稱為碎片),常常與污染混淆。
02
常見的細胞培養微生物污染類型
最常見的微生物污染為細菌、真菌、支原體污染。真菌與碎片差別很大,真菌通常為白色圓球狀或白色菌絲狀,碎片是小黑點,不難區分。


▲ 真菌污染的兩種典型特征
而支原體用光學顯微鏡是看不見的,必須要用PCR等實驗手段進行檢測。在此不做贅述。
然而,細菌(特別是球狀細菌)與碎片卻極為相似,顯微鏡下呈現為小黑點,分布于細胞周圍。區分細菌和碎片則是此文的重點。
03
從形態、運動和增殖特點區分碎片和細菌
4倍或10倍物鏡觀察,可以初步判斷黑點分布情況,但看不清形態,不容易判斷。所以我們首先要將物鏡調到20或40倍,再進一步觀察黑點的特征。主要從三個方面來判斷:1. 形態特點 2. 運動方式 3. 是否增殖。
● 看形態
碎片通常是不規則的,有圓形有多邊形,大小不一,分布不均勻。細菌形態規則,呈桿狀、球狀或線狀,具有高度重復性,分布較為均勻。


▲ 左:細胞碎片 右: 細菌污染
● 看運動
碎片可分為貼壁或懸浮兩種狀態:貼壁的碎片不會自主運動,而懸浮的細胞碎片會隨液體輕微震動或緩慢飄動(越小的碎片越容易震動,震動頻率越高)。
細胞碎片或分泌物是細胞在培養過程中產生的,正常培養過程中細胞代謝和死亡無可避免,大多細胞系都會有類似情況,只是不同細胞系碎片顆粒多少會有區別。顆粒會動是基于高中時期所學基本物理原理-布朗運動,根據其他細胞庫細胞照片情況,只要拍攝比較清晰的,都可以看到細胞外黑色顆粒,這些碎片只要是懸浮在液體里都會做布朗運動。JCRB細胞庫延時攝影信息可以更明顯觀測到碎片位置變化,是布朗運動的時間積累結果。
▲ 細胞生長延時攝影(來源:JCRB細胞庫)
細菌不會貼壁,無鞭毛的細菌不會運動;有鞭毛的細菌會定向游動、原地打轉、震動,細菌這幾種運動方式經常是同時存在的。細菌相比于碎片,運動速度要快得多,運動幅度也會更大。
▲ 碎片隨著液體輕微震動
▲ 細菌快速運動
● 看增殖
碎片不會增殖,但細胞逐漸死亡或細胞密度增大,碎片都會逐漸增多。隨著培養時間延長,培養基中的血清也會緩慢析出沉淀,導致黑點變多。但培養基不會渾濁。
現在我們大部分時候培養細胞都會加1%青鏈霉素雙抗(也稱為P/S)預防細菌污染,然而有一些細菌不在P/S抗菌譜中,一旦落入培養基就會開始增殖。
大部分細菌會在1-2天內爆發式生長,導致培養基渾濁,肉眼可見流沙狀物質。
也有少數種類細菌會受到雙抗的影響,增殖速度沒那么快。當比較難判斷的時候,我們可以使用不含雙抗的培養基過夜培養,觀察黑點的增殖情況。

▲ 細菌污染導致培養基渾濁
04
涂平板菌檢
如果通過以上三種方法還是難以判斷,還有一招——將培養上清涂布細菌培養平板進行驗證:取細胞培養上清,無菌環境下涂布細菌專用的固體培養基平板,置于生化培養箱培養24-72h,觀察是否產生菌落。此方法更準確,但要求實驗室有微生物培養設備和材料,同學們可以根據自己的實際情況選擇合適的方法。

▲ LB平板菌檢(左:陽性 右:陰性)
總之,面對細胞中的小黑點,我們無需過分恐慌。只要我們深入了解細胞碎片與微生物污染的特征,并掌握正確的判斷方法,便能輕松應對。
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