Новое устройство поможет идентифицировать миллионы бактерий, населяющих мир

Миллионы видов микроорганизмов населяют мир, но пока идентифицированы лишь немногие из-за неспособности большинства микробов расти в лаборатории. Инженер Эдгар Голуч и биолог Слава Эпштейн намерены это изменить. Исследователи из Северо-Восточного университета разработали устройство, которое позволяет культивировать отдельный вид бактерий для последующего изучения и идентификации.

Предыдущие устройства Голуча включали проницаемые мембраны, позволяющие изолированным бактериям получать питательные вещества и молекулы из их естественной среды. Однако естественная конкуренция между видами, даже в природе, до сих пор ограничивала количество видов бактерий, которые биологи могли изолировать с помощью этих методов и в традиционных лабораторных условиях.

Устройство Голуча и Эпштейна, описанное в статье, опубликованной 1 июля в журнале PLOS ONE, решает эту проблему. Новое устройство позволяет лишь одной бактериальной клетке проникнуть во внутреннюю камеру с источником пищи. Единственный доступ к ней — микроскопический проход, чуть более узкий, чем одна клетка. Проход настолько мал, что первая попавшая в него клетка застревает, блокируя вход для любых других клеток или видов. Оказавшись внутри, эта клетка размножается, как в предыдущих устройствах, и заполняет внутреннюю камеру чистым образцом одного вида, поскольку изолирована от конкуренции с другими видами.

В статье команда демонстрирует способность устройства разделять смеси типов клеток в лабораторных условиях. В одном эксперименте исследователи разделили два разных вида бактерий, клетки которых немного различаются по размеру — E. coli и P. aeruginosa. Во втором эксперименте они изолировали комбинацию видов схожего размера, но разной формы, которые часто встречаются вместе в морской среде — Roseobacter sp. и Pscyhoserpens sp. Наконец, они использовали устройство для разделения клеток одного вида, помеченных разными флуоресцентными метками (красной и зелёной). Этот финальный эксперимент подтверждает гипотезу, что клетки, выросшие внутри камеры с пищей, являются дочерними клетками от той единственной, что застряла во входном проходе. Эпштейн начнёт испытания устройств в естественных условиях в этом месяце во время исследовательской поездки в Гренландию.

В дальнейшем финансирование от Национального научного фонда (NSF) по гранту на разработку инструментов для биологических исследований позволит Голучу и его команде инженеров начать оптимизацию устройства и его масштабирование для производства.