Связь формы и функции: как разнообразие форм бактерий влияет на их метаболизм в кишечнике
Исследователи из Института Гельмгольца по исследованию инфекций на основе РНК (HIRI) и Вюрцбургского университета имени Юлиуса и Максимилиана (JMU) обнаружили, что даже генетически идентичные бактерии одного вида могут значительно различаться по форме и размеру, и эти различия напрямую связаны с их метаболической функцией. Исследование проведено на примере кишечной бактерии Bacteroides thetaiotaomicron и опубликовано в журнале Cell Reports.
Морфотипы и специализация
Род Bacteroides — один из самых распространенных в кишечнике человека — демонстрирует значительную морфологическую вариацию (разные формы и размеры, или морфотипы). Анализ показал, что в, казалось бы, однородной культуре бактерий существуют значительные различия в активности генов между разными морфотипами.
«Многие из этих генов отвечают за производство белков, участвующих в метаболизме. Это указывает на то, что морфологическая дифференциация обусловлена метаболической специализацией», — объясняет ведущий автор Александр Вестерманн.
«Наши результаты были неожиданными, — добавляет первый автор исследования, докторант Элиза Борне. — Они показывают, что различия в размере бактериальных клеток — это не просто следствие клеточного цикла. Скорее, это похоже на преднамеренную стратегию комменсалов для процветания в такой динамичной среде, как кишечник человека».
Новый метод анализа
Для исследования учёные:
- Разделили и отсортировали бактерии по размеру.
- Разработали сверхчувствительный метод секвенирования РНК в сотрудничестве с группой Эммануэля Салибы в HIRI, позволяющий анализировать содержание РНК в биологических образцах.
- Использовали метод флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) для визуализации транскриптов непосредственно в клетке.
Это позволило идентифицировать дифференциально экспрессируемые гены в качестве биомаркеров для конкретных форм клеток. Некоторые из этих маркеров не просто типичны для клеточного типа, но и причинно вовлечены в определение размера клетки.
Преимущество метода: для анализа достаточно всего нескольких клеток. «Наш протокол представляет собой ценный инструмент для научного сообщества и в будущем может помочь исследовать различия в активности генов отдельных клеток как у Bacteroides, так и у других видов микробиоты», — отмечают авторы.
Полученные данные углубляют понимание микробного разнообразия кишечника и могут заложить основу для новых возможностей в микробиом-терапии.