机械过滤技术实现细菌细胞力学性质的高通量测量

细菌在其自然环境中会经历多种机械力，但由于现有的大多数技术需要原子力显微镜（AFM）或微流控装置等专用仪器，对细菌生物力学性质进行定量测量仍然具有挑战性。在此，我们提出机械过滤法（mechanofiltration），这是一种利用标准实验室设备评估细胞整体力学性质的简便、高通量检测方法。在机械过滤法中，将细菌悬液置于多孔板中，经多孔膜离心过滤。离心过程中产生的压力驱动细胞向孔径小于细胞宽度的孔隙移动，迫使细胞发生变形以穿过膜。通过结合对滤膜另一侧细胞回收情况的测定与细胞尺寸测量，该检测方法可估算细胞的最大变形程度，将其作为经尺寸校正的细胞整体刚度替代指标。我们发现，机械过滤法能够检测出由多种因素导致的已知大肠杆菌细胞刚度降低，包括承重性细胞包膜组分的遗传破坏、外膜 destabilizing agents 的处理以及亚致死剂量抗生素暴露。最大变形程度的倍数变化与已发表的原子力显微镜、细胞弯曲实验及渗透冲击实验测量结果高度一致。机械过滤法还能够重现先前报道的不同细菌物种之间的力学差异，这些物种具有不同的形态和细胞包膜结构。综上，这些结果表明，机械过滤法是一种易于实施、成本低廉且可扩展的方法，可用于鉴定细菌力学性质的遗传和环境决定因素，并开展细菌生物力学表型的高通量筛选。

细菌在其自然环境中会经历多种机械力，但由于现有的大多数技术都需要原子力显微镜（AFM）或微流控装置等专用仪器，对细菌生物力学特性的定量测量仍然具有挑战性。在此，我们提出机械过滤法（mechanofiltration），一种利用标准实验室设备估算整细胞力学特性的简便、高通量检测方法。在机械过滤法中，将细菌悬液置于多孔板中，通过离心使其通过多孔膜。离心过程中产生的压力推动细胞向孔径小于细胞宽度的孔洞移动，迫使细胞发生变形以穿过膜孔。通过结合对滤膜另一侧细胞回收情况的测定与细胞尺寸测量，该检测方法能够估算细胞的最大变形程度，即一种经尺寸校正的整细胞刚度替代指标。我们证明，机械过滤法能够检测由承载细胞包膜组分的基因破坏、外膜 destabilizing agents 处理以及亚致死剂量抗生素暴露所导致的大肠杆菌细胞刚度的已知降低。最大变形程度的倍数变化与采用AFM、细胞弯曲检测和渗透冲击实验获得的已发表测量结果高度一致。机械过滤法还能够重现此前报道的、具有不同形态和包膜结构的细菌物种之间的力学差异。综上，这些结果表明，机械过滤法是一种易于实施、成本低廉且可扩展的方法，可用于鉴定细菌力学特性的遗传和环境决定因素，并对细菌生物力学表型进行高通量筛选。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.01.748625v1?rss=1

🏷️ 细菌生物力学 机械过滤法 细胞刚度 细胞包膜 高通量测量