Naučnici su povećali bakterije 1000 puta – i otkrili nešto neverovatno
Povećavajući bakterije 1000 puta, naučnici su otključali novi put za izučavanje njihove genske ekspresije i ponašanja. Revolucionarna tehnika snimanja otkriva kako bakterije reaguju na okolinu, kako se prilagođavaju na stres i kako pružaju otpor antibioticima – sve u realnom vremenu.
Kombinujući tehnologiju snimanja MERFISH sa ekspanzionom mikroskopijom, istraživači su omogućili nov način proučavanja bakterija na jednoćelijskom nivou.
Preporučujemo
Novi tretman nudi brz lek za uobičajeni uzrok visokog krvnog pritiska
Velika opasnost za ljudsko zdravlje: Od nanoplastike u mozgu može da se napravi 1 plastična kašika
Ovo im dozvoljava da vide kako bakterije aktiviraju različite gene u reakciji na svoje okruženje, pružajući uvide u mikrobno ponašanje, otpornost na antibiotike i strategije inficiranja.
Kako bakterije – one korisne u našim telima ili štetni sojevi koji izazivaju bolesti – koordiniraju svoje aktivnosti? Nedavna studija je dala nove uvide kombinujući naprednu mikroskopiju na genomskom nivou sa inovativnom tehnikom praćenja koje gene bakterije aktiviraju u različitim uslovima i sredinama.
Naučnici iz Bostonske dečje bolnice upotrebili su MERFISH, tehniku molekularnog snimanja, radi analize informacione RNK u hiljadama individualnih bakterija istovremeno. Ovaj metod je ne samo mapirao gensku ekspresiju u ogromnim razmerama, već je i otkrio kako prostorni faktori određuju koje gene bakterije aktiviraju, što nikad ranije nije urađeno.
Međutim, naučnici su prvo morali da prevaziđu veliki problem: bakterijska RNK, ili bakterijski transkriptom, gusto je upakovan u malene ćelije, zbog čega je razaznavanje i snimanje teško.
Pomoću tehnike iz Masačusetskog instituta za tehnologiju – ekspanzione mikroskopije – ugradili su uzorke u specijalni hidrogel. Pričvrstili su RNK za taj gel i promenili hemijski pufer u gelu, što je dovelo do nadimanja, proširujući uzorak 50-1000 puta. Sva bakterijska RNK je postala individualno razlučiva.
Dosad su naučnici radili sa prosečnim bakterijskim ponašanjem u datoj bakterijskoj populaciji. Sposobnost utvrđivanja koje gene koriste individualne bakterije može dati moćne nove uvide u bakterijske interakcije, virulenciju, reakcije na stres, sposobnost otpornosti na antibiotike, sposobnost formiranja biofilmova poput onih u kateterima itd.
„Sad imamo instrumente da odgovorimo na fascinantna pitanja o interakcijama domaćin-mikrob i mikrob-mikrob. Možemo da izučavamo kako bi bakterije mogle da komuniciraju i da se nadmeću za prostor i definišemo strukturu mikrobnih zajednica. I možemo da postavimo pitanje kako patogene bakterije prilagođavaju svoju gensku ekspresiju dok inficiraju ćelije sisara“, kažu naučnici.
MERFISH takođe može dati uvide u bakterije koje se teško uzgajaju u laboratoriji. Sad možemo samo da ih snimimo u prirodnom okruženju. Nekoliko eksperimenata ilustruje na kakva pitanja MERFISH može da odgovori.
Na primer, individualne E.coli, lišene glukoze, pokušavaju da iskoriste alternativne izvore hrane jedan za drugim, menjajući svoju gensku ekspresiju u određenoj sekvenci. Niz genomskih snimaka tokom vremena omogućio je naučnicima da sklope sliku ove strategije preživljavanja.
Takođe su dobijeni uvidi u način na koji bakterije organizuju svoju RNK unutar svojih ćelija, što može biti važno u pogledu načina regulisanja različitih aspekata genske ekspresije. Konačno, pokazano je da crevne bakterije koriste različite gene zavisno od fizičke lokacije u debelom crevu.
Iste bakterije mogu raditi veoma različite stvari na prostoru od nekoliko desetina mikrona. One vide različita okruženja i reaguju različito na njih. Bilo je vrlo teško opisati takvu varijaciju ranije, ali sad možemo da odgovorimo na vrste pitanja o kojima se maštalo, kažu naučnici.
(Telegraf Nauka/SciTech Daily)