Тайная жизнь микробов: снимок молекул в глубоководном симбиозе

Глубоководные мидии могут выживать на больших глубинах только благодаря симбиотическим бактериям, живущим внутри них. Исследователям из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене впервые удалось одновременно идентифицировать отдельные бактерии в симбиозе и измерить, какие метаболиты они преобразуют. Это открывает новое понимание многих биологических процессов. Результаты представлены в Nature Microbiology.

Команда исследователей под руководством Бенедикта Гейера и Мануэля Лиебеке разработала метод, позволяющий идентифицировать отдельные бактерии и одновременно определять, какие метаболиты присутствуют в клетках. С помощью нового метода они исследуют, как бактерии живут и выживают в качестве симбионтов в глубоководных мидиях.

Снимок бактерий за работой

«Мы, по сути, делаем моментальный снимок бактерий за работой — именно так, как это функционирует в их естественной среде, здесь внутри отдельной клетки животного», — говорит Лиебеке. «И мы можем делать это с впечатляющим разрешением в несколько микрометров, примерно в десять раз тоньше человеческого волоса».

Для анализа используется ткань мидии, мгновенно замороженная и нарезанная на тончайшие срезы. «С этих срезов мы снимаем моментальный снимок химических соединений клеток с помощью специальной техники масс-спектрометрии, называемой MALDI-MS imaging. При детальном анализе этого снимка мы можем различить множество различных метаболитов на очень маленькой площади», — объясняет Бенедикт Гейер.

Ключевое сочетание методов

Правильные выводы из изображений метаболитов возможны только при знании того, кто их производит или использует. «До сих пор мы могли измерять только метаболиты, но не знали, участвуют ли в этом бактерии и если да, то какие», — поясняет Гейер.

Чтобы решить эту проблему, исследователи добавили вторую технику — флуоресцентную гибридизацию in situ (FISH) — для идентификации отдельных бактериальных клеток в том же образце. «Сочетание с FISH стало для нас ключом к осмысленной интерпретации высокодетальных изображений MALDI-MS и их корреляции с бактериями в ткани мидии».

Исследование глубоководного симбиоза

Для исследования использовались образцы из «черных курильщиков» в глубоком море — башнеобразных гидротермальных источников, из которых на дно изливается горячая, богатая минералами вода. Животные и бактерии могут выжить там только в симбиотическом сообществе.

С помощью нового метода удалось показать, что состав липидов в мидии значительно различается в частях тела с бактериями-симбионтами и без них. «До сих пор мы не могли получить такие данные, так как образцы гомогенизировались, то есть, по сути, перемешивались перед анализом», — объясняет Гейер.

Перспективы метода

«Применение этого метода к другим взаимодействиям хозяин-микроб позволит получить множество новых захватывающих данных о тайной жизни микробов. Мне интересно, сможем ли мы использовать этот визуализационный подход для изучения общей химии между микробами и органами у целых животных. Здесь еще многое предстоит открыть», — заключает Лиебеке.