Saintis Temui Perkara Menakjubkan dalam Bakteria Diperbesarkan 1000 Kali

Dengan menggabungkan teknik pengimejan MERFISH dengan mikroskop yang diperluaskan, saintis telah membuka cara baharu untuk mengkaji bakteria pada peringkat sel tunggal. Pencapaian baharu ini membolehkan pemerhatian yang lebih mendalam tentang cara bakteria mengaktifkan pelbagai jenis gen sebagai tindak balas kepada persekitaran mereka, memberikan cerapan tentang tingkah laku bakteria, rintangan antibiotik dan strategi jangkitan.

Bagaimana Bakteria Berfungsi

Bagaimanakah bakteria - sama ada yang bermanfaat dalam badan kita atau strain yang menyebabkan penyakit berbahaya - menyelaraskan aktiviti mereka? Satu kajian baru-baru ini telah memberikan pandangan baharu dengan menggabungkan mikroskop genomik termaju dengan teknik terobosan untuk menjejaki gen yang diaktifkan oleh bakteria dalam keadaan dan persekitaran yang berbeza. Baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Sains, penemuan itu dijangka membawa penyelidikan bakteria ke tahap yang lebih tinggi.

Dr. Jeffrey Moffitt dan rakan-rakan dari Program dalam Perubatan Selular dan Molekul (PCMM) di Hospital Kanak-kanak Boston (AS) menggunakan MERFISH, teknik pengimejan molekul yang Moffitt bantu membangunkan, untuk menganalisis RNA messenger (mRNA) dalam beribu-ribu sampel bakteria individu sekaligus. Kaedah ini bukan sahaja memetakan ekspresi gen secara besar-besaran, tetapi juga mendedahkan bagaimana faktor spatial mempengaruhi pengaktifan gen bakteria - sesuatu yang tidak pernah dilakukan sebelum ini.

Cabaran dalam pengimejan bakteria

Walau bagaimanapun, pasukan itu mula-mula perlu mengatasi cabaran utama: RNA bakteria, yang dikenali sebagai transkriptom bakteria, padat di dalam sel-sel kecil, menjadikannya sukar untuk dibezakan dan imej.

Meminjam teknik yang dibangunkan makmal yang dipanggil "mikroskop pengembangan," pasukan itu membenamkan spesimen dalam hidrogel khas. Mereka melumpuhkan RNA ke dalam gel dan mengubah larutan penimbal kimia di dalamnya. Ini menyebabkan gel mengembang, meningkatkan saiz sampel sebanyak 50 hingga 1000 kali ganda. Pada ketika ini, semua RNA bakteria menjadi mudah dihadam secara individu.

Apakah maksud ekspresi gen bakteria?

Sehingga kini, saintis biasanya mengukur tingkah laku bakteria dengan purata merentas keseluruhan populasi bakteria. Keupayaan untuk mengenal pasti gen yang digunakan oleh bakteria individu boleh menghasilkan pandangan baharu yang kuat tentang interaksi bakteria, virulensi, tindak balas tekanan, rintangan antibiotik, pembentukan biofilm, seperti dalam kateter dan banyak lagi.

"Kami kini mempunyai alat untuk menjawab soalan menarik tentang interaksi mikrob hos dan mikrob-mikrob," kata Moffitt. "Kita boleh meneroka cara bakteria berkomunikasi dan bersaing untuk kedudukan spatial, dan menentukan struktur komuniti bakteria. Dan kita boleh bertanya bagaimana bakteria patogen mengawal ekspresi gen mereka apabila mereka menjangkiti sel mamalia."

Bacterial-MERFISH juga boleh memberikan maklumat tentang bakteria yang sukar tumbuh dalam piring petri. Kini saintis tidak perlu menanamnya, sebaliknya hanya boleh memotretnya dalam persekitaran semula jadi mereka.

Cerapan tahap sel tunggal ke dalam strategi survival bakteria

Beberapa eksperimen yang dilakukan oleh pasukan menggambarkan jenis soalan yang boleh dijawab oleh Bakteria-MERFISH. Sebagai contoh, Moffitt dan rakan sekerja dapat menunjukkan bahawa sel E. coli individu, apabila kekurangan glukosa, akan cuba menggunakan sumber makanan alternatif secara berurutan, mengubah ekspresi gen mereka dalam urutan tertentu. Dengan mengambil beberapa siri gambar genetik dari semasa ke semasa, pasukan itu dapat menyusun strategi kelangsungan hidup ini.

Pasukan itu juga mendapat maklumat tentang cara bakteria menyusun RNA mereka dalam sel, yang mungkin penting dalam mengawal aspek ekspresi gen yang berbeza. Sebelum ini, sangat sukar untuk menangani transformasi sedemikian, tetapi kini kerja ini menjadi lebih mudah.