علماء يكتشفون أشياء مذهلة في البكتيريا مكبرة 1000 مرة

ومن خلال الجمع بين تقنية التصوير MERFISH والمجهر الموسع، تمكن العلماء من فتح طريقة جديدة لدراسة البكتيريا على مستوى الخلية الواحدة. يسمح هذا الإنجاز الجديد بمراقبة أكثر عمقًا لكيفية تنشيط البكتيريا لأنواع مختلفة من الجينات استجابة لبيئتها، مما يوفر رؤى حول سلوك البكتيريا ومقاومة المضادات الحيوية واستراتيجيات العدوى.

كيف تعمل البكتيريا

كيف تقوم البكتيريا - سواء تلك المفيدة في أجسامنا أو السلالات الخطيرة المسببة للأمراض - بتنسيق أنشطتها؟ قدمت دراسة حديثة رؤى جديدة من خلال الجمع بين المجهر الجينومي المتقدم وتقنية رائدة لتتبع الجينات التي تنشطها البكتيريا في ظل ظروف وبيئات مختلفة. ومن المتوقع أن يؤدي هذا الاكتشاف، الذي نُشر مؤخرًا في مجلة ساينس، إلى نقل أبحاث البكتيريا إلى مستويات جديدة.

استخدم الدكتور جيفري موفيت وزملاؤه من برنامج الطب الخلوي والجزيئي (PCMM) في مستشفى الأطفال في بوسطن (الولايات المتحدة الأمريكية) تقنية التصوير الجزيئي MERFISH، التي ساعد موفيت في تطويرها، لتحليل الحمض النووي الريبي الرسول (mRNA) في آلاف العينات البكتيرية الفردية مرة واحدة. لا تقوم هذه الطريقة برسم خريطة التعبير الجيني على نطاق واسع فحسب، بل تكشف أيضًا عن كيفية تأثير العوامل المكانية على تنشيط الجينات البكتيرية - وهو أمر لم يتم القيام به من قبل.

التحديات في التصوير البكتيري

ومع ذلك، كان على الفريق أولاً التغلب على تحدٍ كبير: الحمض النووي الريبوزي للبكتيريا، المعروف باسم النسخ البكتيري، متكدس بكثافة داخل الخلايا الصغيرة، مما يجعل من الصعب التمييز بينها وتصويرها.

وباستعارة تقنية تم تطويرها في المختبر تسمى "المجهر التوسعي"، قام الفريق بغرس العينات في هلام مائي خاص. قاموا بتثبيت الحمض النووي الريبوزي في الهلام وقاموا بتنويع المحلول الكيميائي المنظم فيه. ويؤدي هذا إلى تمدد الهلام، مما يؤدي إلى زيادة حجم العينة بمقدار 50 إلى 1000 مرة. في هذه المرحلة، تصبح جميع الحمض النووي الريبوزي للبكتيريا قابلة للهضم بشكل فردي.

ماذا يعني التعبير الجيني للبكتيريا؟

حتى الآن، اعتاد العلماء على قياس سلوك البكتيريا من خلال حساب المتوسط ​​عبر مجموعات بكتيرية بأكملها. إن القدرة على تحديد الجينات التي تستخدمها البكتيريا الفردية قد تؤدي إلى رؤى جديدة قوية في التفاعلات البكتيرية، والضراوة، واستجابات الإجهاد، ومقاومة المضادات الحيوية، وتكوين الأغشية الحيوية، كما هو الحال في القسطرات، وأكثر من ذلك.

ويقول موفيت: "لدينا الآن الأدوات اللازمة للإجابة على أسئلة مثيرة للاهتمام حول التفاعلات بين المضيف والميكروب وبين الميكروب والميكروب". يمكننا استكشاف كيفية تواصل البكتيريا وتنافسها على المواقع المكانية، وتحديد بنية المجتمعات البكتيرية. ويمكننا أيضًا التساؤل عن كيفية تنظيم البكتيريا الممرضة لتعبيرها الجيني عند إصابة خلايا الثدييات.

يمكن أن توفر تقنية Bacterial-MERFISH أيضًا معلومات عن البكتيريا التي يصعب نموها في أطباق بتري. والآن لن يحتاج العلماء إلى زراعتها، بل يمكنهم بدلاً من ذلك تصويرها في بيئتها الطبيعية.

رؤى على مستوى الخلية الواحدة حول استراتيجيات بقاء البكتيريا

وقد أوضحت بعض التجارب التي أجراها الفريق أنواع الأسئلة التي يمكن لـ Bacterial-MERFISH الإجابة عليها. على سبيل المثال، تمكن موفيت وزملاؤه من إثبات أن خلايا الإشريكية القولونية الفردية، عندما تُحرم من الجلوكوز، ستحاول الاستفادة من مصادر غذائية بديلة بشكل متسلسل، مما يؤدي إلى تغيير التعبير الجيني الخاص بها في تسلسل محدد. ومن خلال التقاط سلسلة من اللقطات الجينية على مدار الوقت، تمكن الفريق من تجميع استراتيجية البقاء هذه.

كما حصل الفريق على معلومات حول كيفية تنظيم البكتيريا لحمضها النووي الريبوزي داخل الخلايا، وهو ما قد يكون مهمًا في تنظيم جوانب مختلفة من التعبير الجيني. في السابق كان التعامل مع مثل هذا التحول صعبًا للغاية، لكن الآن أصبحت هذه المهمة أسهل بكثير.