Исследование под названием "Advanced imaging captures bacterial gene expression in diverse environments" описано 23 января в журнале Science и демонстрирует, как безвредные и патогенные бактерии выбирают нужные гены для включения в различных средах. Работу возглавил доктор Джеффри Моффитт из Программы по клеточной и молекулярной медицине (PCMM) при Детской больнице Бостона. Главная цель — показать, каким образом бактерии активируют гены с учётом пространственной организации и изменений в окружающей среде.
Для достижения этой цели использовался метод MERFISH (Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization), который позволяет одновременно профилировать тысячи мРНК у множества одиночных бактерий и получать детализацию об их местоположении. Технологию дополнила экспансионная микроскопия, разработанная в лаборатории доктора Эда Бойденa в MIT: образец встраивают в особый гидрогель, химически набухающий до 50–1000 раз в объёме. Благодаря этому отдельные РНК внутри крошечных клеток становятся визуально различимыми, вместо того чтобы сливаться в одну неразборчивую массу.
Главными соавторами в лаборатории Моффитта стали Ари Сарфатис, Юанью Ван и Нана Твумаси-Анкра. Объединив MERFISH и необычную технику расширения образцов, учёные получили возможность разглядывать самые плотные скопления РНК в бактериальных клетках. По словам Моффитта, "Это был полный кошмар, мы не видели ничего", но расширение образца решило проблему и сделало возможным масштабное картирование экспрессии генов в мельчайших подробностях.
Методика Bacterial-MERFISH открывает путь к анализу различий между отдельными бактериальными клетками без усреднения характеристик целой популяции. Исследователи подчеркивают значимость этого подхода для понимания вирулентности, устойчивости к антибиотикам и формирования бактериальных плёнок на катетерах. Кроме того, учёные теперь могут исследовать, как бактерии взаимодействуют, как они конкурируют за пространство и как постепенно изменяют активность генов.
В одном из экспериментов с E. coli, подвергнутыми голоданию по глюкозе, удалось отследить пошаговое включение разных генов, когда бактерии перебирают альтернативные источники питания. Исследователи делали серию "геномных снимков" во времени и проследили последовательность реакций, показывающих выживание и адаптацию клеток в неблагоприятных условиях.
Дополнительной находкой стала закономерность, при которой даже одна и та же бактериальная культура может включать различные гены при смещении всего на несколько десятков микрон в кишечнике. "Те же бактерии могут заниматься совершенно разными делами на дистанции десятков микрон", отмечает Моффитт. Такая разница в экспрессии генов объясняет, почему некоторые патогенные виды переходят в режим атак и как микробы структурируют свои сообщества, взаимодействуют с хозяином и друг с другом.
Изображение носит иллюстративный характер
Для достижения этой цели использовался метод MERFISH (Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization), который позволяет одновременно профилировать тысячи мРНК у множества одиночных бактерий и получать детализацию об их местоположении. Технологию дополнила экспансионная микроскопия, разработанная в лаборатории доктора Эда Бойденa в MIT: образец встраивают в особый гидрогель, химически набухающий до 50–1000 раз в объёме. Благодаря этому отдельные РНК внутри крошечных клеток становятся визуально различимыми, вместо того чтобы сливаться в одну неразборчивую массу.
Главными соавторами в лаборатории Моффитта стали Ари Сарфатис, Юанью Ван и Нана Твумаси-Анкра. Объединив MERFISH и необычную технику расширения образцов, учёные получили возможность разглядывать самые плотные скопления РНК в бактериальных клетках. По словам Моффитта, "Это был полный кошмар, мы не видели ничего", но расширение образца решило проблему и сделало возможным масштабное картирование экспрессии генов в мельчайших подробностях.
Методика Bacterial-MERFISH открывает путь к анализу различий между отдельными бактериальными клетками без усреднения характеристик целой популяции. Исследователи подчеркивают значимость этого подхода для понимания вирулентности, устойчивости к антибиотикам и формирования бактериальных плёнок на катетерах. Кроме того, учёные теперь могут исследовать, как бактерии взаимодействуют, как они конкурируют за пространство и как постепенно изменяют активность генов.
В одном из экспериментов с E. coli, подвергнутыми голоданию по глюкозе, удалось отследить пошаговое включение разных генов, когда бактерии перебирают альтернативные источники питания. Исследователи делали серию "геномных снимков" во времени и проследили последовательность реакций, показывающих выживание и адаптацию клеток в неблагоприятных условиях.
Дополнительной находкой стала закономерность, при которой даже одна и та же бактериальная культура может включать различные гены при смещении всего на несколько десятков микрон в кишечнике. "Те же бактерии могут заниматься совершенно разными делами на дистанции десятков микрон", отмечает Моффитт. Такая разница в экспрессии генов объясняет, почему некоторые патогенные виды переходят в режим атак и как микробы структурируют свои сообщества, взаимодействуют с хозяином и друг с другом.
