כיצד חיידקים – לא מזיקים החיים בגופנו, או כאלה הגורמים למחלות – מארגנים את פעילותם? מחקר חדש, המשלב מיקרוסקופיה עוצמתית בקנה מידה גנומי עם חידוש טכני, שנתפס אילו גנים חיידקים נדלקים במצבים שונים ובסביבות מרחביות שונות. הטכנולוגיה, שתוארה 23 בינואר ב מַדָעמבטיח לקחת את המחקר של חיידקים לשלב הבא.
ג'פרי מופיט, דוקטורט ועמיתיו בתוכנית ברפואה סלולרית ומולקולרית (PCMM) בבית החולים לילדים בבוסטון יישמו דג, טכניקת הדמיה מולקולרית שמופיט סייעה לפתח, לפרופיל RNAs Messenger – המייצגים אלפי גנים – באלפי חיידקים יחידים בו זמנית. Merfish גם תפס מידע מרחבי, וחשף כיצד גורמים מרחביים משפיעים על אילו גנים חיידקים מפעילים – דבר שמעולם לא נעשה לפני כן.
הצוות נאלץ לראשונה להתגבר על מחסום מרכזי לחקר RNA חיידקים, המכונה גם טרנסקריפטום החיידקים. מכיוון שתאי חיידקים זעירים, ה- RNA שלהם דחוס בפנים ומתערבבים זה בזה, ומקשים על הדימוי ולזהות אותם. "זה היה אסון מוחלט, לא יכולנו לראות כלום", אומר מופיט.
לווה טכניקה שפותחה במעבדה של ED Boyden, PhD, במיקרוסקופיה של MIT- הרחבה – הם הטמיעו את הדגימות בהידרוג'ל מיוחד. הם עיגנו את ה- RNA לג'ל זה, ושינו את החיץ הכימי בג'ל. זה עורר אותו להתנפח, והרחיב את המדגם פי 50 עד 1000 נפח. "כל ה- RNA החיידקי הופך לפתרון באופן אינדיבידואלי", אומר מופיט.
מדוע למדוד ביטוי גנים חיידקיים?
עד כה, המדענים העמידו בממוצע התנהגות חיידקית בקרב אוכלוסיית חיידקים נתונה. היכולת לקבוע באילו גנים משתמשים חיידקים בודדים יכולה לתת תובנות חדשות עוצמתיות לגבי אינטראקציות חיידקיות, נגיף, תגובות לחץ, היכולת להתנגד לאנטיביוטיקה, היכולת ליצור ביו -פילמים כמו אלה בצנתרים ועוד.
"כעת יש לנו כלים לענות על שאלות מרתקות על אינטראקציות מיקרוב ומיקרוב-מיקרוב", אומר מופיט. "אנו יכולים לחקור כיצד חיידקים עשויים לתקשר ולהתמודד על נישות מרחביות ולהגדיר את מבנה קהילות החיידקים. ואנחנו יכולים לשאול כיצד חיידקים פתוגניים מתאימים את ביטוי הגנים שלהם כשהם מדביקים תאי יונקים."
דג חיידקים יכול לספק גם תובנות על חיידקים שקשה לצמוח במנה תרבותית. "עכשיו אנחנו לא צריכים לתרבות אותם, אנחנו יכולים פשוט לדמיין אותם בסביבת הילידים שלהם", אומר מופיט.
תובנות של תאים יחיד
מספר ניסויים שהצוות ביצע ממחיש את סוגי השאלות עליהן יכול לענות על דג החיידק. לדוגמה, מופיט ועמיתיו הצליחו להראות את אותו אדם א. קוליכאשר מורעבים מגלוקוז, נסה להשתמש במקורות מזון אלטרנטיביים בזה אחר זה, לשנות את ביטוי הגנים שלהם ברצף ספציפי. לקיחת סדרה של תמונות גנומיות לאורך זמן אפשרה לצוות לחבר את אסטרטגיית ההישרדות הזו.
הצוות גם קיבל תובנות כיצד חיידקים מארגנים את ה- RNA שלהם בתאים שלהם, מה שעשוי להיות חשוב באופן בו מוסדרים היבטים שונים של ביטוי גנים. לבסוף, הם הראו שחיידקי מעיים מקישים גנים שונים בהתאם למיקומם הפיזי במעי הגס.
"אותם חיידקים יכולים לעשות דברים שונים מאוד על מרחב של עשרות מיקרון", אומר מופיט. "הם רואים סביבות שונות ומגיבים אליהם באופן שונה. היה קשה מאוד להתייחס לשונות כזו לפני כן, אך כעת אנו יכולים לענות על סוגי השאלות שאנשים חולמו עליהם."
הקואוטורים של העיתון היו ארי סרפטיס, יואניו וואנג, דוקטורט וננה טוומאסי-אננקה במעבדת מופיט.
