Al combinar la técnica de imágenes MERFISH con microscopía ampliada, los científicos han abierto una nueva forma de estudiar las bacterias a nivel de células individuales. Este nuevo logro permite realizar observaciones más profundas de cómo las bacterias activan diferentes tipos de genes en respuesta a su entorno, proporcionando información sobre el comportamiento bacteriano, la resistencia a los antibióticos y las estrategias de infección.
Cómo funcionan las bacterias
¿Cómo coordinan sus actividades las bacterias, ya sean las beneficiosas para nuestro organismo o las cepas peligrosas que causan enfermedades? Un estudio reciente ha proporcionado nuevos conocimientos al combinar la microscopía genómica avanzada con una técnica innovadora para rastrear los genes que las bacterias activan en diferentes condiciones y entornos. Publicado recientemente en la revista Science, se espera que el avance lleve la investigación bacteriana a nuevas alturas.
El Dr. Jeffrey Moffitt y sus colegas del Programa de Medicina Celular y Molecular (PCMM) del Hospital de Niños de Boston (EE. UU.) utilizaron MERFISH, una técnica de imágenes moleculares que Moffitt ayudó a desarrollar, para analizar el ARN mensajero (ARNm) en miles de muestras bacterianas individuales a la vez. Este método no sólo mapea la expresión genética a gran escala, sino que también revela cómo los factores espaciales influyen en la activación genética bacteriana, algo que nunca se había hecho antes.
Desafíos en la obtención de imágenes bacterianas
Sin embargo, el equipo primero tuvo que superar un desafío importante: los ARN bacterianos, conocidos como transcriptomas bacterianos, están densamente empaquetados dentro de células diminutas, lo que hace que sea difícil distinguirlos y visualizarlos.
Utilizando una técnica desarrollada en el laboratorio llamada “microscopía de expansión”, el equipo incrustó las muestras en un hidrogel especial. Inmovilizaron el ARN en el gel y variaron la solución tampón química en él. Esto hace que el gel se expanda, aumentando el tamaño de la muestra entre 50 y 1000 veces. En este punto, todos los ARN bacterianos se vuelven digeribles individualmente.
¿Qué significa la expresión genética bacteriana?
Hasta ahora, los científicos normalmente han medido el comportamiento bacteriano haciendo promedios de poblaciones bacterianas enteras. La capacidad de identificar los genes que utilizan las bacterias individuales podría generar nuevos conocimientos sobre las interacciones bacterianas, la virulencia, las respuestas al estrés, la resistencia a los antibióticos, la formación de biopelículas, como en los catéteres, y más.
“Ahora tenemos las herramientas para responder preguntas interesantes sobre las interacciones huésped-microbio y microbio-microbio”, afirma Moffitt. Podemos explorar cómo las bacterias se comunican y compiten por posiciones espaciales, y determinar la estructura de las comunidades bacterianas. Y podemos preguntarnos cómo las bacterias patógenas regulan su expresión génica cuando infectan células de mamíferos.
Bacterial-MERFISH también puede proporcionar información sobre bacterias que son difíciles de cultivar en placas de Petri. Ahora los científicos no necesitarán cultivarlos, sino que podrán simplemente fotografiarlos en su entorno natural.
Perspectivas a nivel de células individuales sobre las estrategias de supervivencia bacteriana
Algunos de los experimentos que realizó el equipo ilustraron los tipos de preguntas que Bacterial-MERFISH podía responder. Por ejemplo, Moffitt y sus colegas pudieron demostrar que las células individuales de E. coli, cuando se las priva de glucosa, intentarán utilizar fuentes de alimentos alternativas secuencialmente, cambiando su expresión genética en una secuencia específica. Al tomar una serie de instantáneas genéticas a lo largo del tiempo, el equipo pudo reconstruir esta estrategia de supervivencia.
El equipo también obtuvo información sobre cómo las bacterias organizan su ARN dentro de las células, lo que podría ser importante para regular diferentes aspectos de la expresión genética. Antes era muy difícil afrontar tal transformación, pero ahora esta tarea se ha vuelto mucho más sencilla.
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