Bilim İnsanları Bakterilerde 1000 Kat Büyütülmüş Şaşırtıcı Şeyler Keşfettiler

Bilim insanları, MERFISH görüntüleme tekniğini genişletilmiş mikroskopi ile birleştirerek bakterileri tek hücre düzeyinde incelemek için yeni bir yol açtılar. Bu yeni başarı, bakterilerin çevrelerine yanıt olarak farklı gen tiplerini nasıl aktive ettiğine dair daha derinlemesine gözlemlere olanak tanıyarak, bakteriyel davranış, antibiyotik direnci ve enfeksiyon stratejileri hakkında bilgi sağlıyor.

Bakteriler Nasıl Çalışır?

Vücudumuzdaki yararlı bakteriler veya tehlikeli hastalıklara neden olan bakteriler, aktivitelerini nasıl koordine ediyor? Son zamanlarda yapılan bir araştırma, bakterilerin farklı koşullar ve ortamlarda aktive ettiği genleri izlemek için çığır açan bir teknikle gelişmiş genomik mikroskobunun birleştirilmesiyle yeni bakış açıları sağladı. Yakın zamanda Science dergisinde yayımlanan bu çığır açıcı gelişmenin, bakteriyel araştırmaları yeni zirvelere taşıması bekleniyor.

Boston Çocuk Hastanesi'ndeki (ABD) Hücresel ve Moleküler Tıp Programı'ndan (PCMM) Dr. Jeffrey Moffitt ve meslektaşları, Moffitt'in geliştirilmesine yardımcı olduğu bir moleküler görüntüleme tekniği olan MERFISH'i kullanarak binlerce ayrı bakteri örneğindeki haberci RNA'yı (mRNA) aynı anda analiz etti. Bu yöntem yalnızca gen ifadesini geniş ölçekte haritalamakla kalmıyor, aynı zamanda mekansal faktörlerin bakteriyel gen aktivasyonunu nasıl etkilediğini de ortaya koyuyor; bu daha önce hiç yapılmamış bir şey.

Bakteriyel görüntülemedeki zorluklar

Ancak ekibin öncelikle büyük bir zorluğun üstesinden gelmesi gerekiyordu: Bakteriyel transkriptom olarak bilinen bakteriyel RNA'lar, küçük hücrelerin içinde yoğun bir şekilde paketlenmiştir ve bu da onları ayırt etmeyi ve görüntülemeyi zorlaştırır.

“Genleşme mikroskobu” adı verilen laboratuvarda geliştirilen bir tekniği ödünç alan ekip, numuneleri özel bir hidrojele yerleştirdi. RNA'yı jele sabitlediler ve içindeki kimyasal tampon solüsyonunu değiştirdiler. Bu, jelin genişlemesine ve örnek boyutunun 50 ila 1000 kat artmasına neden olur. Bu noktada tüm bakteriyel RNA'lar ayrı ayrı sindirilebilir hale gelir.

Bakteriyel gen ifadesi ne anlama geliyor?

Bilim insanları şimdiye kadar bakteri davranışlarını ölçmek için genellikle tüm bakteri popülasyonlarının ortalamasını alıyorlardı. Bireysel bakterilerin kullandığı genleri tanımlayabilme yeteneği, bakteriyel etkileşimler, virülans, stres tepkileri, antibiyotik direnci, kateterler gibi alanlardaki biyofilm oluşumu ve daha fazlası hakkında güçlü yeni bilgiler sağlayabilir.

Moffitt, "Artık konak-mikrop ve mikrop-mikrop etkileşimleri hakkında ilginç soruları yanıtlayacak araçlara sahibiz" diyor. "Bakterilerin nasıl iletişim kurduğunu ve mekansal konumlar için nasıl rekabet ettiğini keşfedebilir ve bakteri topluluklarının yapısını belirleyebiliriz. Ayrıca patojenik bakterilerin memeli hücrelerini enfekte ettiklerinde gen ifadelerini nasıl düzenlediklerini sorabiliriz."

Bakteriyel-MERFISH, petri kaplarında yetiştirilmesi zor olan bakteriler hakkında da bilgi sağlayabilir. Artık bilim insanları bunları yetiştirmek zorunda kalmayacak, bunun yerine onları doğal ortamlarında fotoğraflayabilecekler.

Bakteriyel hayatta kalma stratejilerine ilişkin tek hücre düzeyindeki bilgiler

Ekibin gerçekleştirdiği deneylerden bazıları Bakteriyel-MERFISH'in cevaplayabileceği soru türlerini gösterdi. Örneğin, Moffitt ve meslektaşları, glikozdan mahrum bırakılan bireysel E. coli hücrelerinin, alternatif besin kaynaklarını sırayla kullanmaya çalıştığını ve gen ifadelerini belirli bir dizide değiştirdiğini gösterebildiler. Ekip, zaman içinde bir dizi genetik anlık görüntü alarak bu hayatta kalma stratejisini bir araya getirmeyi başardı.

Ekip ayrıca bakterilerin hücreler içerisinde RNA'larını nasıl organize ettiğine dair de bilgi edindi; bu, gen ifadesinin farklı yönlerini düzenlemede önemli olabilir. Daha önce bu tür dönüşümlerle baş etmek çok zordu ama artık bu iş çok daha kolaylaştı.