Новый метод для изучения динамики живых микробных колоний во времени и пространстве

Микробы общаются, выделяя простые и сложные молекулы — метаболиты. Этот процесс, известный как метаболический обмен, позволяет им взаимодействовать с окружающей средой и соседними клетками. Понимание времени и распределения этих молекулярных обменов важно для интерпретации и потенциального управления микробными сообществами в целях от биоремедиации до открытия лекарств.

Новая методика, разработанная в EMSL, позволяет с высокой чувствительностью характеризовать метаболитный профиль живых микробных сообществ, растущих на поверхности мягкого агара, во времени и пространстве. Метод сочетает масс-спектрометрию с нанораспылительной десорбционной электроспрей-ионизацией (nanoDESI MS) и новый биоинформатический подход — молекулярные сети (molecular networking), созданный пользователями EMSL из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

NanoDESI позволяет проводить прямой химический анализ микробных сообществ в пространстве и времени. Молекулярные сети — это новый способ анализа, организации и визуализации данных MS (например, от nanoDESI). При высокоразрешающем MS-анализе детектируются тысячи молекул, и о них собирается структурная информация путём фрагментирования. Молекулярные сети относят каждую молекулу к семейству со схожими структурными характеристиками на основе наблюдаемых паттернов фрагментации, что в данном случае раскрывает детали коммуникации микробных сообществ.

Комбинированный подход nanoDESI и молекулярных сетей был валидирован на изучении бактерии Pseudomonas sp. штамм SH-C52, которая защищает растения от грибковой инфекции. Метод успешно позволил детектировать и частично охарактеризовать противогрибковый агент танамицин — липопептид, не обнаруживаемый традиционными методами.

Чувствительность, обеспечиваемая связкой nanoDESI и молекулярных сетей, наряду с потенциалом для широкого внедрения этой комбинированной техники, представляет собой значительный прорыв в характеристике сложных микробных взаимодействий путём прямого наблюдения за процессами метаболического обмена.