Новая методика позволяет записывать активность генов каждой отдельной бактериальной клетки в колонии
Новая методика из Вюрцбурга позволяет анализировать активность генов каждой отдельной бактериальной клетки в популяции гораздо эффективнее других методов.
В популяции бактерий не все особи идентичны. Одни могут находиться на грани деления, другие — дифференцироваться, третьи — адаптироваться к изменяющимся условиям среды. Для исследователей, особенно в отношении патогенов, крайне важно понимать это разнообразие, что может помочь в разработке улучшенных методов терапии.
Одна из технологий, помогающих анализировать бактериальное разнообразие, — это транскриптомика единичных клеток. Она использует небольшие молекулы-мессенджеры (mRNA), чтобы определить, какие гены активны в отдельных бактериальных клетках популяции в конкретный момент времени. Даже в сложных бактериальных группах анализ mRNA показывает, как отдельные клетки реагируют на антибиотики или другие изменения среды.
Исследователи из Вюрцбургского университета имени Юлиуса и Максимилиана (JMU) и Института инфекционных исследований на основе РНК Гельмгольца (HIRI) в Вюрцбурге разработали инновационный вариант бактериальной транскриптомики единичных клеток в 2020 году. Метод называется бактериальный MATQ-seq и имеет ряд преимуществ.
С тех пор учёные усовершенствовали свой метод. В журнале Nature Protocols они представляют пошаговый протокол — точные инструкции по созданию транскриптомов единичных бактерий с помощью MATQ-seq. Протокол также включает экспериментальный и компьютерный анализ данных.
Протокол охватывает 95% используемых бактерий
«Мы разработали надёжный бактериальный протокол scRNA-seq на основе количественного секвенирования РНК единичных клеток», — говорит доктор Кристина Хомбергер из Института молекулярной биологии инфекций JMU, ныне исследователь в Биоцентре Базельского университета. Учёный и её коллега из JMU доктор Фабиан Имдаль являются первыми авторами исследования.
«Используя такие модельные организмы, как Salmonella enterica, мы показываем, что метод очень эффективен», — объясняет доктор Хомбергер.
Он достигает очень высокой скорости удержания клеток в 95% — это означает, что в конце процесса индивидуальные генетические библиотеки создаются из 95% клеток, использованных в начале. Это значительно выше, чем у других протоколов, где потери могут достигать 70%.
Анализируется активность 300–600 генов
«Наш метод надёжно определяет активность от 300 до 600 генов на одну бактериальную клетку. В среднем это также значительно больше, чем достигают другие методы в настоящее время», — говорит доктор Имдаль. На основе зарегистрированной активности генов легко распознать, чем в данный момент занимается отдельная бактерия или к каким условиям среды она адаптируется.
Весь процесс — от выделения единичных клеток до получения сырых данных — занимает около пяти дней с использованием MATQ-seq. Метод идеален для небольших образцов в сотни клеток; в этом диапазоне он работает очень эффективно и с высоким разрешением. Для высокой пропускной способности в диапазоне сотен тысяч или миллионов клеток больше подходят другие протоколы, однако при этом приходится мириться с высокой потерей клеток и обнаружением менее 100 генов на клетку.
Глобально уникальная платформа для коллабораций
«Наш протокол позволяет надёжно анализировать различные виды бактерий, закладывая основу для создания здесь, в Вюрцбурге, глобально уникальной платформы для секвенирования РНК единичных микробных клеток», — объясняет профессор Йорг Фогель, директор HIRI и IMIB. Платформа призвана консолидировать протоколы и экспертизу, сделав технологию доступной для других исследователей и лабораторий.
Новая платформа называется Центр микробного секвенирования РНК единичных клеток (MICROSEQ). Она основана на разработанной исследователями технологии и других устоявшихся методах высокопроизводительного анализа транскриптомов отдельных бактерий.
В будущем исследовательские группы со всего мира смогут получить доступ к технологиям транскриптомики единичных бактериальных клеток.