Новый флуоресцентный метод выявляет уникальные «подписи» отдельных микробов

При наблюдении под специализированными микроскопами микробные клетки демонстрируют индивидуальный флуоресцентный паттерн, или «подпись», который зависит от смеси биомолекул внутри клеток. Эта сложная смесь, со своей характерной сигнатурой, в свою очередь зависит от типа микроорганизма и его физиологического состояния, например, растет ли он или что потребляет в качестве источника пищи.

Исследователи из Университета Цукубы разработали новый метод CRIF (Confocal Reflection microscopy-assisted single-cell Innate Fluorescence) для обнаружения флуоресцентных сигнатур отдельных микробных клеток. Метод является неразрушающим, то есть клетки остаются живыми, и позволяет изучать клетки в реалистичных трехмерных средах. Важно, что новый метод можно использовать для наблюдения за отдельными клетками в смесях разных типов микробов, в отличие от многих стандартных техник, которые лучше всего работают с «чистыми» популяциями, где все клетки одинаковы. Результаты опубликованы в Applied and Environmental Microbiology.

«Мы использовали конфокальный микроскоп, который может создавать изображения из трехмерных материалов — подобно тому, как из последовательности срезов строится изображение целой структуры. Это позволило нам определить местоположение микробных клеток в образце», — говорит ведущий автор Ютака Явата. «Сочетая это со спектроскопией для измерения набора флуоресцентных сигналов под микроскопом, мы смогли увидеть разные типы микробов в образце и считать их сигнатуры для идентификации отдельных клеток».

Команда обучила компьютерные модели считывать флуоресцентные сигнатуры и различать разные типы клеток. Модели научились распознавать клетки автоматически, даже при наблюдении за разными клетками очень похожей формы и размера, и анализировать изображения на предмет клеточных сигнатур, чтобы идентифицировать клетки по их типу и физиологическому состоянию.

«Наша техника распознавания и отслеживания врожденных флуоресцентных сигнатур каждой отдельной клетки в трехмерных образцах открывает захватывающие новые возможности для изучения смешанных микробных популяций, как в природных средах», — говорит соавтор Нобухико Номура. «Это поможет исследователям понять, как микробы растут и взаимодействуют друг с другом в реальном мире».