当微生物化身艺术品……

发表时间:2022-03-03 14:06作者:中科院物理所

在你的眼里,细菌、真菌……它们是什么样的?

是致人感染得病的“凶手”?

是夏日里馊掉的酸味肉汤背后的“元凶”?

是酿造佳酿美酒的最大功臣?

是橘皮上长出的绿色绒毛?

还是喝酸奶的时候,美美地想象着数以百十千万计的益生菌定植在肠道内改善你的健康?

又或者是众多科普和影视作品里精美的细菌电镜照片?

但在实验室的培养中,它们通常是这样的:

图1:双歧杆菌(没错,就是各大酸奶广告中常说的一种益生菌,这是它在光学显微镜下染色后的“真容”);图2:水质检测实验过程中的培养基;图3:抗生素药敏试验(纸片扩散法);图4:细菌的穿刺培养

看了这些图片,如果我要说它们“颇具美感”,告诉你这篇文章的第一张画就是用它们绘制的,甚至可以用它们来创造一门独特的“培养皿艺术”——你大概是会持怀疑态度的。

请别急。质疑之前,我们先来摸清上图里所谓“微生物培养技术”的来龙去脉,探一探这门技术究竟是何方神圣!

如你所见,在上面的图中,这些巴掌大小的配有盖子的塑料或玻璃材质的圆盘被称为培养皿。进行培养操作之前,操作者先向其中倒入培养基——培养基是人工调配的一种富含各种微生物们生存、增殖所需的营养物质的混合物。对于图中的固体培养基来说,其中含有的琼脂可以让它在加热时融化,冷却后又能变成像果冻一般的凝胶状固体。

1881年,德国医生和细菌学家、世界病原细菌学的奠基人和开拓者、诺奖得主罗伯特·科赫(Robert Koch)发明了固体培养基划线分离纯种法。

罗伯特·科赫(Robert Koch):提出“科赫法则”(2003年“非典”疫情中SARS病毒的发现即是根据科赫法则开展);创造性地利用琼脂固体培养基进行病原菌体外培养;证明了炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等是相应疾病的病原微生物。1905年,为表彰Koch在肺结核研究方面的突出贡献,他被授予诺贝尔生理学或医学奖

现在,从最初最基础的普通营养琼脂培养基开始,研究者们已经开发出了各种各样的培养基:固体的、液体的、用来扩大细菌数量的、能够发生生化反应的……有可以实现对不同种类微生物进行筛选的选择培养基;还有能让不同的微生物呈现出不同的面貌,以方便人们进行辨别的鉴别培养基。

而培养皿艺术就是以此为基础,在固体培养基上以不同的纯种菌种进行的。待培养基在其中凝固成为“平板”,再往平板上接种细菌,放在适合它们生存、繁殖的环境中。

接种:操作者右手所握金属杆前方有一细铁丝弯折而成的小环,称“接种环”,用以沾取细菌,进行接种。

图上培养皿中红色的凝胶状物质即是前文提到的固体培养基的其中一种,是为细菌们准备的“大餐”!

这时,一方小小的培养皿,四季如春、有吃有喝,可谓是一个小小的微生物乐园啦!

凭借它们强悍的生存和增殖能力,大部分细菌,经过半小时左右的成长,就会通过分裂产生下一代,抱上“细菌宝宝”,只需数小时就能N代同堂!所以,我们只需要静静等待,假以时日,就能“收获”一个长满细菌或真菌的平板啦!

左边没有微生物生长的空白培养基和右边长着细菌的培养基对比。右边培养基中生长的是紫色色杆菌。它们美丽的紫色背后是致命的危险:虽然它们很少感染人类,可一旦感染,则可能引起严重的败血症和致命的肝脓肿

正如千人千面,不同的细菌在同一培养皿上可能有它们自己的“面孔”,同一细菌在不同培养基上也可能以不同的形态示人。

比如在普通营养琼脂培养基上,可以引起食物中毒的金黄色葡萄球菌“菌如其名”,带着淡雅的金黄色,而大家熟知的大肠杆菌,主要呈现出边缘整齐、表面光滑、半透明的特征;但大肠杆菌在伊红美蓝培养基(EMB培养基)上则摇身一变,成为紫黑色,还带着一丝暗黑风格的幽幽暗暗的绿色金属光泽!(事实上,正是因为大肠杆菌在EMB培养基上的这种显著到足以让人过目不忘的独特表现,EMB培养基才在大肠杆菌的检测中扮演着极其重要的角色)

从左至右依次是:普通营养琼脂培养基上的金黄色葡萄球菌、普通营养琼脂培养基上的大肠杆菌、EMB培养基上的大肠杆菌

现在,我们已经大致地了解了细菌是怎样培养的。做好了这些准备工作,就需要回归到今天的主题:作画。

想想看,画一幅画所需的最最基础的画材是什么?

无他,不过一纸、一笔、两三颜料也。

再想想我们介绍的微生物培养技术,不正是已经万事俱备了吗:

“纸”:固体培养基(琳琅满目的各式选择、鉴别培养基等等,为“作画”和“创造色彩”提供了丰富的选择)

“笔”:接种环、棉签、毛笔……(多者兼备,还能创造丰富多彩的笔触)

“颜料”:千姿百态的微生物们(“沦为”颜料的微生物们:把我们当颜料,你礼貌吗?)

于是,伟大的 艺术家 科学家们,在实验室的繁重工作之余,便充分地发挥出了自己的艺术才能,开始搞事情啦!

现在,一起来欣赏欣赏这些培养皿艺术杰作吧!

(冬春之战)(2018年ASM美国微生物培养皿艺术大赛冠军作品)

Ana Tsitsishvili,Undergraduate Student,Agricultural University of Georgia,Tbilisi,Georgia 所作。

左侧是葡萄球菌和蕈状杆菌,它们一起组成冬天。但是由于另一侧加入了抗生素的缘故,所以无法突破中线。另一侧则是有抗性的微球菌和红酵母菌,组成了春天。

(营养)(2018年ASM美国微生物培养皿艺术大赛获奖作品)

Mehmet Berkmen.Ph.D.,Senior Scientist,New England Biolabs,Ipswich, MA,United States,Maria Peil Cobo,Mixed Media Artist,Beverly, MA,United States所作。

这是研究者与艺术家合作的产物。作者别出心裁地用一根红绳将两个培养皿连接:下方的培养皿中是胎儿,上方的是乳房与乳腺,红线代表婴儿与母亲之间的微生物交流。在这件作品中,研究者还加入了艺术家Peil Cobo从自己和自己1岁大的女儿身上分离的细菌,来代表母子之间的微生物联系。

落霞携孤鹜作者:王俊启,杨清宇,陆昱旨

“落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色”,来自石河子大学的作品。作品使用了白色酵母菌、红色酵母菌、金黄色葡萄球菌和牛肉膏蛋白胨培养基。

(我的黄色视觉)

Bornali Bhattacharjee, Ph.D., Ramanujan Fellow, National Institute of Biomedical Genomics, Kalyani, India 所作。

作者向梵高致敬,临摹了其作品《十五朵向日葵》。因为梵高患有黄视症,所以视野基本都是黄色。同时,作者希望通过此艺术引起大家对于抗生素滥用的重视。

两幅充满中国风的作品

(这不是啤酒!)(2018年ASM美国微生物培养皿艺术大赛获奖作品)

作者使用含有过氧化氢酶的MRSA细菌画出了酒杯的图案。啤酒泡沫则是过氧化氢酶分解双氧水在局部产生的氧气泡泡。

由新加坡技术教育学院的Christian Gabriel Austria Lucas创作的作品。这幅画是由群众投票选出来的获奖作品。作者的女朋友名叫“Lubo”,听起来像“Lobo”(在菲律宾语中是“狼”的意思)。所以他觉得,每次看见狼就仿佛看见了他女朋友;每一个满月的夜晚,伴随着狼的嘶鸣,他们便团聚了。

(嗯~这不是画,这是满满的狗粮呀!)

我有一个航天梦作者:赵楠,于敏,邱泉源,赵卓,陈志,王玉迎,王洪彬

这是来自天津科技大学的作品。月球采用总状毛霉;地球和背景则使用的是八叠球菌;宇航员身体是枯草芽孢杆菌,翅膀则是桔青霉菌;土星/未知星球是将通用培养基放置在实验室外后,待其自然生长的未鉴定菌株。

(微生物孔雀)作者:Balaram Khamari

作品展示了一只孔雀——印度的国鸟被复杂的羽毛所包围。孔雀的身体由大肠杆菌制成,尾部的羽毛由大肠杆菌和金黄色葡萄球菌组成。鸟的眼睛则使用了粪肠球菌这种肠道细菌绘制而成。

不过,培养皿艺术虽美,但却“暗藏杀机”——其中使用的不少菌种是十分危险的,能够导致严重的疾病。没有专业的和相应生物安全等级的微生物实验室和操作者过硬的专业技术的支撑,可不要轻易尝试!!!

其实,微生物的培养本身就不是一件容易的事,何尝是用它们来创造这样美妙的艺术作品呢?因此,每一件作品背后都一定饱含作者数次的各种尝试、失败、再尝试……所以,官方评价这样的比赛最酷的地方,就是阅读各位作者关于如何培养这些不同的细菌以及他们反复试验的过程描述。

说不定哪一次为了创造出作品中的某种艺术效果的钻研,就促成了微生物培养技术中的又一项改良呢?

总之,培养皿艺术便是这样,不着一丝笔墨,却绘尽世间万种风情;借最危险的画材,以创造最震撼人心的美。

有人说,培养皿艺术是研究者们完美“驾驭”各种微生物的结果。但我们更应当意识到的是:自然的演化之手是艺术家,微生物本身就是伟大的画师。而人类扮演的则是发现这份美的“伯乐”。我想,从某种层面上,培养皿艺术应该让我们认识到:

“共舞”“相伴”,才是人与微生物、人与大自然最好的相处模式。

文首图:(落日余晖),2017年ASM美国微生物培养皿艺术大赛冠军作品。

Jasmine Temple,Jef Boeke.Ph.D.,Michael Shen,Leslie Mitchell.Ph.D. 所作。

这幅画绘制于一个12 cm×8 cm的培养皿,每个点是一个酵母的克隆。通过分子生物学技术,这些克隆被分别转入了可以编码不同色素的质粒。可以见得此画极富创意,且工作量巨大,称得上是一幅恢弘巨作,夺冠当之无愧!)

(封面图片中的作品在培养皿艺术的微生物培养作画的基础上使用了颜料进行修饰和拓展。作者是Klari Reis,美国建筑师、艺术家,也是一名克罗恩病患者。也是因为患病的缘故,她踏上了追寻fine art的道路)

部分参考资料来源:

ASM Agar Art Contest | Overview | ASM.org https://asm.org/Events/ASM-Agar-Art-Contest/Home

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