Группа исследователей Бенедикта Гейера и Мануэля Либеке из Института морской микробиологии им. Макса Планка в Бремене разработала метод идентификации отдельных бактерий и в то же время определения того, какие метаболиты присутствуют в клетках. С помощью нового метода они исследуют, как бактерии живут и выживают как симбиотические обитатели в глубоководных мидиях. Либеке и его группа проанализировали сотни продуктов метаболизма на площади менее одного квадратного миллиметра.
Это позволяет им понять, как симбиотические микробы живут и общаются в своем хозяине. «Мы виртуально делаем снимок работающих бактерий – точно так же, как они функционируют в своей естественной среде, здесь, в одной животной клетке», – говорит Либеке. "И мы можем сделать это с впечатляющим разрешением в несколько микрометров, что примерно в десять раз тоньше человеческого волоса."
Моментальная заморозка для лучшего снимка: не только то, что происходит, но и кто участвует!
«Для наших анализов мы используем ткань мидий, которая была мгновенно заморожена и, таким образом, может быть нарезана тонкими ломтиками», – объясняет Бенедикт Гейер. «Из этих срезов мы делаем снимок химических соединений клеток с помощью специальной техники масс-спектрометрии, называемой MALDI-MS imaging. При детальном анализе этого снимка мы можем различать множество различных метаболитов на очень небольшой площади."Они предоставляют информацию о том, какие метаболиты бактерии используют для каких целей и как они сожительствуют со своими мидиями-хозяевами.
В дополнение к MALDI-MSI в Институте Макса Планка в Бремене, Либеке и его команда использовали новый прототип визуализации МС в Университете Юстуса Либиха в Гие?ru в тесном сотрудничестве с профессором Шпенглером, что позволило.
Правильные выводы из изображений метаболитов возможны только в том случае, если мы также знаем, кто их производит или использует. «На сегодняшний день мы смогли измерить только метаболиты, – объясняет Гейер, – но мы не знали, были ли вовлечены какие-либо бактерии, и если да, то какие.«Чтобы решить эту проблему, исследователи добавили второй метод, так называемую флуоресцентную гибридизацию in situ, или FISH, для идентификации отдельных бактериальных клеток в одном образце. «Комбинация с FISH стала для нас ключом к значимой интерпретации изображений MALDI-MS с высоким разрешением и сопоставлению их с бактериями в ткани мидий."
Из глубокого моря теперь на камеру
Для настоящего исследования Гейер и его коллеги использовали образцы от черных курильщиков в глубоком море – высокие трубы, из которых горячая, богатая минералами вода фонтанирует с морского дна. Животные и бактерии могут выжить только в симбиотическом сообществе.
Гейер исследует сосуществование бактерий и мидий, в частности тесную связь их метаболизма, в рамках своей кандидатской диссертации. С помощью нового метода он смог показать, что состав липидов в мидиях значительно различается на участках тела с бактериями и без них. «До сих пор мы не могли получить такую информацию, так как образцы были гомогенизированы, то есть фактически смешаны перед анализом», – объясняет Гейер. «Более того, тот факт, что наш метод работает с образцами, поступающими непосредственно из окружающей среды, а не из лаборатории, подчеркивает его большой потенциал», – продолжает он.
Все растения и животные, а также мы, люди, живут в ассоциации с микроорганизмами, обменивая метаболиты посредством тесного взаимодействия. "Применение этого метода к другим взаимодействиям хозяина и микроба позволит получить много новых интересных сведений о тайной жизни микробов. Мне любопытно узнать, можем ли мы использовать этот подход к визуализации для изучения общей химии между микробами и органами у целых животных. Еще многое предстоит открыть!"