Новый метод визуализации позволяет отслеживать экспрессию генов бактерий в различных средах
Исследователи из Бостонской детской больницы применили технологию MERFISH — метод молекулярной визуализации, позволяющий одновременно профилировать матричные РНК (mRNA), представляющие тысячи генов, в тысячах отдельных бактериальных клеток. Метод, описанный 23 января в журнале Science, также захватывает пространственную информацию, показывая, как факторы среды влияют на активность генов бактерий.
Преодоление барьера. Главной проблемой при изучении бактериальных РНК (транскриптома) был их малый размер и плотная упаковка внутри клетки. Для решения этой проблемы команда использовала микроскопию расширения (expansion microscopy). Образцы помещали в специальный гидрогель, к которому фиксировали РНК, а затем вызывали его набухание. Это увеличивало объем образца в 50–1000 раз, делая отдельные бактериальные РНК различимыми для визуализации.
Значение метода. Ранее ученые усредняли поведение бактерий по всей популяции. Новая технология позволяет определить, какие гены активны в отдельных бактериях, что дает новые возможности для изучения:
- Взаимодействий бактерий с хозяином и между собой.
- Вирулентности, стрессовых ответов и устойчивости к антибиотикам.
- Способности формировать биопленки.
- Бактерий, которые сложно культивировать в лаборатории — теперь их можно изучать в естественной среде.
Примеры открытий. С помощью бактериального MERFISH команда показала:
- Индивидуальные клетки E. coli при голодании по глюкозе последовательно пробуют использовать альтернативные источники пищи, меняя экспрессию генов в определенном порядке.
- Как бактерии организуют свои РНК внутри клетки (что может влиять на регуляцию экспрессии генов).
- Что кишечные бактерии активируют разные гены в зависимости от их физического расположения в толстой кишке на расстоянии всего в десятки микрон.
"Теперь мы можем ответить на вопросы, о которых люди могли только мечтать", — говорит руководитель исследования Джеффри Моффитт.