The deltaproteobacterium Myxococcus xanthus is a model for bacterial motility and has provided unprecedented insights into bacterial swarming behaviors. Fluorescence microscopy techniques have been invaluable in defining the mechanisms that are involved in gliding motility, but these have almost entirely been limited to two-dimensional (2D) studies, and there is currently no understanding of gliding motility in a three-dimensional (3D) context. We present here the first use of confocal interference reflection microscopy (IRM) to study gliding bacteria, revealing aperiodic oscillatory behavior with changes in the position of the basal membrane relative to the substrate on the order of 90 nm in vitro . First, we use a model planoconvex lens specimen to show how topological information can be obtained from the wavelength-dependent interference pattern in IRM. We then use IRM to observe gliding M. xanthus bacteria and show that cells undergo previously unobserved changes in their adhesion profile as they glide. We compare the wild type with mutants that have reduced motility, which also exhibit the same changes in the adhesion profile during gliding. We find that the general gliding behavior is independent of the proton motive force-generating complex AglRQS and suggest that the novel behavior that we present here may be a result of recoil and force transmission along the length of the cell body following firing of the type IV pili. IMPORTANCE 3D imaging of live bacteria with optical microscopy techniques is a challenge due to the small size of bacterial cells, meaning that previous studies have been limited to observing motility behavior in 2D. We introduce the application of confocal multiwavelength interference reflection microscopy to bacteria, which enables visualization of 3D motility behaviors in a single 2D image. Using the model organism Myxococcus xanthus, we identified novel motility behaviors that are not explained by current motility models, where gliding bacteria exhibit aperiodic changes in their adhesion to an underlying solid surface. We concluded that the 3D behavior was not linked to canonical motility mechanisms and that IRM could be applied to study a range of microbiological specimens with minimal adaptation to a commercial microscope.

中文翻译：

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共焦干涉反射显微镜对粘胶球菌非周期性振荡滑行行为的三维观察

三角洲变形球菌是细菌运动的模型，并为细菌群体行为提供了空前的见识。荧光显微镜技术在确定滑行运动涉及的机制方面具有不可估量的作用，但这些技术几乎完全限于二维（2D）研究，并且目前尚无关于三维（3D）滑行运动的理解。上下文。我们目前在这里首次使用共聚焦干涉反射显微镜（IRM）来研究滑翔细菌，揭示了非周期振荡行为，相对于基底膜在体外相对于基质的位置变化约为90 nm。第一，我们使用平凸透镜样品模型来显示如何从IRM中依赖于波长的干涉图样中获得拓扑信息。然后，我们使用IRM观察滑行的X.xanthus细菌，并显示细胞在滑行时经历了以前未观察到的粘附力变化。我们将野生型与具有降低的运动性的突变体进行了比较，这些突变体在滑翔过程中也表现出相同的粘附力变化。我们发现，一般的滑行行为与质子产生动力的复合材料AglRQS无关，并表明我们在此提出的新颖行为可能是IV型发射后沿细胞体长度反冲和力传递的结果霹雳 重要信息由于细菌细胞的体积小，使用光学显微镜技术对活细菌进行3D成像是一个挑战，这意味着以前的研究仅限于观察2D的蠕动行为。我们介绍了共聚焦多波长干涉反射显微镜在细菌中的应用，该技术可在单个2D图像中可视化3D运动行为。使用模型生物粘球藻xanthus，我们确定了新的运动行为，目前的运动模型无法解释，在这种运动模型中，滑行细菌在粘附到下面的固体表面上表现出不定期的变化。我们得出的结论是3D行为与规范的运动机制无关，并且IRM可以用于研究一系列微生物标本，而对商业显微镜的适应性则最低。意味着先前的研究仅限于观察2D运动行为。我们介绍了共聚焦多波长干涉反射显微镜在细菌中的应用，该技术可在单个2D图像中可视化3D运动行为。使用模型生物粘球藻xanthus，我们确定了新的运动行为，目前的运动模型无法解释，在这种运动模型中，滑行细菌在粘附到下面的固体表面上表现出不定期的变化。我们得出的结论是3D行为与规范运动机制无关，并且IRM可以用于研究一系列微生物标本，而对商业显微镜的适应性则最低。意味着先前的研究仅限于观察2D运动行为。我们介绍了共聚焦多波长干涉反射显微镜在细菌中的应用，该技术可在单个2D图像中可视化3D运动行为。使用模型生物粘球藻xanthus，我们确定了新的运动行为，目前的运动模型无法解释，在这种运动模型中，滑行细菌在粘附到下面的固体表面上表现出不定期的变化。我们得出的结论是3D行为与规范的运动机制无关，并且IRM可以用于研究一系列微生物标本，而对商业显微镜的适应性则最低。我们介绍了共聚焦多波长干涉反射显微镜在细菌中的应用，该技术可在单个2D图像中可视化3D运动行为。使用模型生物粘球藻xanthus，我们确定了新的运动行为，目前的运动模型无法解释，在这种运动模型中，滑行细菌在粘附到下面的固体表面上表现出不定期的变化。我们得出的结论是3D行为与规范的运动机制无关，并且IRM可以用于研究一系列微生物标本，而对商业显微镜的适应性则最低。我们介绍了共聚焦多波长干涉反射显微镜在细菌中的应用，该技术可在单个2D图像中可视化3D运动行为。我们使用模型生物粘球霉菌（X-xanthus），鉴定了新的运动行为，而当前的运动模型无法解释这种行为，其中滑行细菌在粘附于下面的固体表面上表现出非周期性变化。我们得出的结论是3D行为与规范的运动机制无关，并且IRM可以用于研究一系列微生物标本，而对商业显微镜的适应性则最低。我们确定了新的运动行为，但当前的运动模型无法解释这种行为，其中滑行细菌在粘附于下面的固体表面上表现出非周期性变化。我们得出的结论是3D行为与规范的运动机制无关，并且IRM可以用于研究一系列微生物标本，而对商业显微镜的适应性则最低。我们确定了新的运动行为，但当前的运动模型无法解释这种行为，其中滑行细菌在粘附于下面的固体表面上表现出非周期性变化。我们得出的结论是3D行为与规范的运动机制无关，并且IRM可以用于研究一系列微生物标本，而对商业显微镜的适应性则最低。