观察个体的概念并非新鲜事物。目前已经有几种方法可以定位一个人并追踪其行踪。但对于微生物来说，情况并非如此。追踪单个细菌生命活动的能力比看上去要困难得多。在一个拥有数十亿甚至数万亿个体的种群中，想要锁定其中一个特定的成员都面临着巨大的挑战。首先，它们看起来都差不多。它们也倾向于成群聚集，使得原位分离几乎不可能。然后还有死细胞的存在；它们在失活很长一段时间后仍能保留相同的形状和结构。
尽管目标实现困难重重，但一个德国研究团队可能已经解决了这个问题。上周，他们首次展示了一个单细菌 追踪系统。他们结合了显微镜和软件，演示了如何识别、区分并最终追踪单个细胞，直到它不再具有活性。
该团队专注于一个单一物种——枯草芽孢杆菌 FZB42。这种细菌是一种环境物种，能够产生多种对人类有用的功能性副产品，包括 抗菌剂 和 植物病原体防治 剂。该菌株易于生长，并且可以在分批发酵中高效培养。
尽管易于生长是选择枯草芽孢杆菌的主要因素，但作者选择该菌株是出于完全不同的特性。这种细菌由于鞭毛而具有运动能力。这一特殊特征使得能够随着时间的推移，根据其运动来追踪细菌。它还为作者提供了一种简单的方法来判断细胞是活着还是死了。
分析过程设计相对简单。该团队在发酵罐中培养细菌，然后不时取样进行成像。可视化在一个独特的流动池中进行，该流动池能够改变池的厚度。这不仅能够控制进入该区域的细菌数量，还能控制剪切力，以确保鞭毛不会被意外切断。
图像由一台相机拍摄，该相机在半秒内拍摄了15张照片。整体结果将显示活泼移动的细菌或无法移动因而被认为是死去的细菌。相机还可以提供其他可计算的信息，例如细胞的形状和大小。这有助于识别单个细胞，并确保任何观察到的运动都源于细胞本身，而非环境。
当系统就绪后，团队尝试识别细胞以及它们是活着还是死了。结果符合预期。他们可以根据运动轻松识别单个活细胞。更具优势的是，即使在溶液浑浊的情况下也能识别细菌。在发酵环境中，液体会随着时间的推移变得更浓稠，可能会干扰观察。但在这种情况下，没有出现这种麻烦。
但可视化只是追踪的一部分。另一部分是将运动、细胞大小和形状与另一个关键因素——代谢状态联系起来。在发酵环境中，这对于确保产量始终处于最高水平至关重要。代谢的变化会直接影响系统的性能。该团队能够将运动速度与细菌生长的不同阶段相关联。运动速度降低意味着性能水平下降，需要恢复培养物的平衡。该结果提供了整个种群的概览，而无需进行大量测试。只需一眼，他们就能发现任何问题。
作者建议，这个初始测试阶段为在不同条件下对细菌进行更多基于观察的分析打开了大门。这包括营养水平的变化、噬菌体的引入、温度甚至氧气浓度的变化。由于可视化的相对简便性，可以轻松优化任何发酵方案。另一个好处可能来自于将细菌范围从这个单一物种扩展到其他已知有鞭毛的物种，包括大肠杆菌。
在发酵领域，视觉追踪细菌的概念可能是一个重大进步，但在其他领域，这种技术也可能很有用。许多人类病原体也有鞭毛，因此也可以使用类似的方案进行观察。对于任何正在接受治疗以清除感染的人来说，对种群进行实时评估最终可以帮助改善治疗效果。此外，该技术可能能够快速识别种群中的耐药性，从而更有效地提供抗生素治疗，以确保治愈和恢复健康。
