Para ilmuwan baru saja membuat bakteri 1000x lebih besar – dan menemukan sesuatu yang luar biasa
Dengan menggabungkan pencitraan Merfish dengan mikroskop ekspansi, para peneliti telah membuka kunci cara baru untuk mempelajari bakteri pada tingkat sel tunggal.
Ini memungkinkan mereka untuk melihat bagaimana bakteri mengaktifkan gen yang berbeda sebagai respons terhadap lingkungan mereka, menawarkan wawasan tentang perilaku mikroba, resistensi antibiotik, dan strategi infeksi.
Bagaimana bakteri mengatur aktivitas mereka
Bagaimana bakteri-apakah yang menguntungkan di tubuh kita atau strain penyebab penyakit yang berbahaya-mengoordinasikan aktivitas mereka? Sebuah studi baru-baru ini telah memberikan wawasan baru dengan menggabungkan mikroskop skala genom canggih dengan teknik inovatif untuk melacak gen mana yang diaktifkan bakteri dalam kondisi dan lingkungan yang berbeda. Diterbitkan baru -baru ini di jurnal Sainsterobosan ini diatur untuk memajukan penelitian bakteri secara signifikan.
Jeffrey Moffitt, PhD, dan rekan -rekannya di program dalam kedokteran seluler dan molekuler (PCMM) di Rumah Sakit Anak Boston menggunakan Merfish, teknik pencitraan molekuler yang membantu Moffitt berkembang, untuk menganalisis RNA messenger (MRNA) dalam ribuan bakteri individu sekaligus. Metode ini tidak hanya memetakan ekspresi gen pada skala besar -besaran tetapi juga mengungkapkan bagaimana faktor spasial mempengaruhi mana gen yang dihidupkan bakteri – sesuatu yang belum pernah dicapai sebelumnya.
Mengatasi tantangan bakteri pencitraan
Namun, tim pertama -tama harus mengatasi tantangan besar: RNA bakteri, atau transkriptom bakteri, dikemas dengan padat di dalam sel -sel kecil, membuat mereka sulit dibedakan dan dibedakan. “Itu adalah bencana yang lengkap, kami tidak bisa melihat apa -apa,” kata Moffitt.
Meminjam teknik yang dikembangkan di laboratorium Ed Boyden, PhD, di MIT – mikroskop ekspansi – mereka menempel sampel dalam hidrogel khusus. Mereka berlabuh RNA ke gel ini dan mengubah buffer kimia dalam gel. Ini memicu untuk membengkak, memperluas sampel volume 50- hingga 1000 kali lipat. “Semua RNA bakteri dapat diselesaikan secara individual,” kata Moffitt.
Mengapa mengukur ekspresi gen bakteri?
Sampai sekarang, para ilmuwan memiliki perilaku bakteri rata -rata di seluruh populasi bakteri yang diberikan. Kemampuan untuk menentukan gen apa yang digunakan bakteri individu dapat memberikan wawasan baru yang kuat ke dalam interaksi bakteri, virulensi, respons stres, kemampuan untuk menahan antibiotik, kemampuan untuk membentuk biofilm seperti yang ada di kateter dan banyak lagi.
“Kami sekarang memiliki alat untuk menjawab pertanyaan menarik tentang interaksi host-mikrobe dan mikroba-mikroba,” kata Moffitt. “Kita dapat mengeksplorasi bagaimana bakteri dapat berkomunikasi dan bersaing untuk ceruk spasial dan menentukan struktur komunitas mikroba. Dan kita dapat bertanya bagaimana bakteri patogenik menyesuaikan ekspresi gen mereka saat mereka menginfeksi sel mamalia. ”
Bakteri-Merfish juga dapat memberikan wawasan tentang bakteri yang sulit tumbuh dalam hidangan kultur. “Sekarang kita tidak harus membudidayakan mereka, kita bisa menggunakannya di lingkungan asli mereka,” kata Moffitt.
Wawasan sel tunggal tentang strategi kelangsungan hidup bakteri
Beberapa percobaan yang dilakukan tim menggambarkan jenis pertanyaan yang bisa dijawab oleh bakteri-serambi. Misalnya, Moffitt dan rekannya mampu menunjukkan kepada individu itu E. coliketika kelaparan glukosa, cobalah menggunakan sumber makanan alternatif satu demi satu, mengubah ekspresi gen mereka dalam urutan tertentu. Mengambil serangkaian snapshot genom dari waktu ke waktu memungkinkan tim untuk menyatukan strategi bertahan hidup ini.
Tim juga mendapat wawasan tentang bagaimana bakteri mengatur RNA mereka dalam sel mereka, yang mungkin penting dalam bagaimana berbagai aspek ekspresi gen diatur. Akhirnya, mereka menunjukkan bahwa bakteri usus mengetuk gen yang berbeda tergantung pada lokasi fisik mereka di usus besar.
Era baru dalam penelitian bakteri
“Bakteri yang sama bisa melakukan hal -hal yang sangat berbeda dengan ruang puluhan mikron,” kata Moffit. “Mereka melihat lingkungan yang berbeda dan merespons secara berbeda terhadap mereka. Sangat sulit untuk mengatasi variasi seperti itu sebelumnya, tetapi sekarang kita dapat menjawab jenis pertanyaan yang telah diimpikan orang. ”
Referensi: “Transkriptomik spasial yang sangat multiplexed pada bakteri” oleh Ari Sarfatis, Yuanyou Wang, Nana Twumasi-Whankrah dan Jeffrey R. Moffitt, 24 Januari 2025, Sains.
Doi: 10.1126/science.adr0932
Rekan penulis surat kabar itu adalah Ari Sarfatis, Yuanyou Wang, PhD, dan Nana Twumasi-bankrah di laboratorium Moffitt.
