מדענים יודעים זה מכבר שחיידקים מגיעים בצורות ובגדלים רבים, אבל ההבנה של המשמעות של ההבדלים הללו נותרה אתגר גדול, במיוחד עבור מינים שלא ניתן לגדל במעבדה. כעת, מחקר חדש בראשות נינה וייל, פרופסור עוזרת במחלקה למיקרוביולוגיה, גנטיקה ואימונולוגיה של MSU, מציג שיטה פורצת דרך שעשויה לשנות את האופן שבו חוקרים חוקרים מגוון חיידקים.
המחקר, שפורסם ב-mSphere, מתמקד בפתוגן זעיר ובלתי ניתן לתרבות בשם Pasteuria ramosa, אשר מדביק סרטנים שוכני מים הידועים בשם דפניה. חיידקים אלה הם פליאומורפיים, כלומר הם יכולים ללבוש צורות מרובות במהלך מחזור חייהם. עד כה, מדענים נאלצו להסתמך על תוויות פלורסנט – תגיות מותאמות אישית הדורשות ידע מפורט בביולוגיה של חיידק – כדי למיין ולחקור את הצורות השונות הללו. אבל עבור רוב החיידקים, במיוחד אלה שחיים באדמה, במים או בתוך בעלי חיים, מידע מסוג זה פשוט לא קיים.
הצוות של ווייל מצא דרך לעקוף את הבעיה הזו. באמצעות ציטומטריית זרימת הדמיה, הם פיתחו טכניקה נטולת תווית המזהה חיידקים על סמך האופן שבו הם מפזרים אור ומפלורסים באופן טבעי. "חתימות האור" הללו מאפשרות לחוקרים למיין צורות חיידקיות שונות מבלי צורך לתייג אותן תחילה.
ווייל מדמה את צורות החיידקים השונות, הידועות כמורפולוגיות, לחברי קבוצת כדורגל. למרות שכולם שייכים לאותה קבוצה, לכל אחד יש תפקיד מובהק: חלקם מאמנים, חלקם שחקנים, וכל אחד מהם מתנהג אחרת.
"כדי להבין מה עושה כל מורפולוגיה, עלינו להפריד אותה מהמורפולוגיות האחרות כדי שנוכל להבין אילו סוגי גנים או חלבונים הם מבטאים", אמר וייל.
לפי האנלוגיה, אנחנו צריכים להשיג את המאמנים והשחקנים בכוחות עצמם כדי שנוכל "לראיין" כל קבוצה באופן ביולוגי על מה שהיא עושה. זה כמו שהמצאנו נוהל לזהות, בפעם הראשונה, שחקני כדורגל לעומת מאמנים על סמך המדים שלהם; עכשיו אנחנו לא צריכים לגשת אליהם ולתת להם תג שאומר 'שחקן' ו'מאמן' כדי להבדיל ביניהם".
נינה ווייל, פרופסור עוזרת, המחלקה למיקרוביולוגיה, גנטיקה ואימונולוגיה, MSU
השיטה לא רק מדויקת, מניבה דגימות שהן מעל 90% טהור, אלא גם פותחת את הדלת לחקר חיידקים שבעבר לא היו אסורים. חוקרים יכולים כעת לחקור כיצד צורות שונות תורמות להתנהגות חיידקים, כגון גרימת מחלות, גדילה או התפשטות למארחים חדשים גם אם הם לא יכולים לגדול בצלחת או שלא נחקרו קודם לכן.
לעבודה יסודית זו עשויות להיות השלכות נרחבות. זה עשוי לעזור למדענים להבין כיצד חיידקים מתפתחים ומשתפים פעולה ואף להוביל לדרכים חדשות של ספירה או טיפוח של חיידקים שקשה לחקור.
דניאל ווסל, אז עוזר המנהל של ליבת ציטומטריית הזרימה של MSU, הוא המחבר הראשי של המאמר. הוא מציין שהטכניקה החדשה הזו סייעה להשיק עניין רחב יותר בציטומטריית הדמיה.
"שיטה זו באמת מדגישה לאן הולך תחום הציטומטריה של הזרימה, במיוחד את המעבר לפנוטייפ אוטומטי פלואורסצנטי, כלומר שימוש בקרינה הטבעית של התאים כדי לזהות אותם", אמר ווצלה. "זה גם מציג את היתרונות של ציטומטריית הדמיה וכיצד היא יכולה לחדד אוכלוסיות תאים, לשפר את הגילוי ולזהות במהירות אירועים נדירים."
בשלב הבא, וייל מקווה להשתמש בטכניקה כדי לחקור כיצד Pasteuria ramosa מתמרן את מארחי הדפניה שלה, ולפעמים גורמת להם לגדול בצורה חריגה או להפוך לכתום בהיר לפני מותם. על ידי הפרדה וניתוח של כל צורה חיידקית, הצוות שלה שואף לחשוף את האסטרטגיות הגנטיות והכימיות מאחורי ההשפעות הדרמטיות הללו.
"העובדה שיש קשר בין צורה ותפקוד מוכרת לכולם: כנפי הפרפרים מאפשרות להם לעוף, מקורם של יונקי הדבש מאפשר להם לשתות צוף. אבל הצלחנו לחקור את תפקיד צורת החיידק רק בחלק הקטן של החיידקים שניתן לגדל במעבדה, ואפילו החיידקים האלה שנמצאים במגוון הצורה שלהם לא תמיד מחזיקים במגוון הערכים שלהם. "המתודולוגיה החדשה שלנו תאפשר למדענים לחקור את הקשר בין צורה ותפקוד על פני עץ החיים החיידקי ובסביבות שבהן הם חיים באופן טבעי".
