Fascinantni svet bakterija koje žive kao simbionti ili paraziti u životinjskim domaćinima često ostaje misterija za istraživače. Pod vođstvom prof. dr Manuela Libekea, Univerzitet Kil (CAU) i Institut Maks Plank za morsku mikrobiologiju u Bremenu doprinose rešavanju ove zagonetke istražujući interakcije između mikroba i njihovog domaćina. Međutim, nedostajalo je uvida u to šta bakterije rade u svom prirodnom okruženju.
Često se bakterije ne mogu uzgajati u laboratoriji, a istraživači se moraju osloniti na informacije iz bakterijskog genoma dobijene iz uzoraka životne sredine da bi stekli teoretski uvid u metabolizam mikroorganizama. Međutim, nedostajalo je uvida u to šta rade u svom prirodnom okruženju. Da bi rešili ovu zagonetku, naučnici su počeli da istražuju metabolom bakterija — sve što ima veze sa njihovim metabolizmom, uključujući metabolite kao što su šećeri ili masti.
U pionirskoj studiji, Libekeov tim je razvio metod za identifikaciju pojedinačnih bakterija i istovremeno određivanje koji su metaboliti prisutni u ćelijama bez kultivisanja bakterija u laboratoriji. Ova metoda im omogućava da proučavaju kako bakterije žive i preživljavaju kao simbiotski podstanari, kao što su dagnje. Tim je analizirao stotine metabolita na površini manjoj od jednog kvadratnog milimetra. U septembru su istraživači iz Kila i Bremena objavili svoje rezultate u Nature Protocols.
„Mi kreiramo snimak, da tako kažem, bakterija na radu, tačno onako kako su aktivne u svom prirodnom okruženju, posebno u životinjskoj ćeliji“, objasnio je Libeke. „I to možemo da uradimo uz impresivnu rezoluciju od nekoliko mikrometara, oko deset puta tanju od ljudske kose.
Posebna karakteristika ove metode je korišćenje fleš zamrznutog tkiva, koje se reže na tanke oblatne. Istraživači zatim koriste specijalnu tehniku masene spektrometrije koja se zove MALDI-MS slikanje da bi napravili snimak hemijskih jedinjenja u ćelijama.
Međutim, izvlačenje tačnih zaključaka na osnovu slika metabolita moguće je samo ako znaju koje bakterije ih proizvode ili koriste. Da bi rešili ovaj problem, istraživači takođe koriste fluorescentnu in situ hibridizaciju (FISH) da identifikuju i lokalizuju pojedinačne bakterijske ćelije u uzorku.
„Primena ove metode na zajednice mikroba domaćina pružiće nam mnogo uzbudljivih novih uvida u hemijsku komunikaciju između organizama“, rekao je Patrik Burso sa Instituta Maks Plank za morsku mikrobiologiju, vodeći autor protokola koji je razvijen za primenu ove metode.
Ovaj rad otvara nova vrata za proučavanje bakterija i njihove interakcije sa domaćinom. Pored toga, ovde predstavljena metoda takođe nudi obećavajuće potencijalne primene za budućnost: razvijena na Institutu Maks Plank u Bremenu, Liebekeova nova radna grupa u CAU sada ga koristi za proučavanje mikrobioma ljudskog creva i njegovog uticaja na metabolizam. Na primer, ovo bi nam moglo pomoći da bolje razumemo zapaljenske bolesti creva. Objavljivanjem detaljnog protokola, primena tehnike je sada otvorena za druge istraživače širom sveta.
Ukratko, primena mikroskopije i metabolomike (istraživačko polje posvećeno proučavanju metabolita) pruža uvid u funkcionalnu i hemijsku ekologiju interakcija domaćin-mikrob. Stalni napredak u tehnologiji MALDI-MSI omogućava da se ilustruju kolonije mikroba, biofilmi, pojedinačne eukariotske ćelije, pa čak i bakterijske mikrokolonije. Danas je tehnologija MALDI-MSI na ivici mogućnosti da pruži slike pojedinačnih bakterijskih ćelija. Protokol predstavljen ovde čini osnovu za analizu i razumevanje metaboličkih interakcija sve do mikrometra.
