De vorming van persistors is een belangrijk kenmerk van bacteriën zoals Escherichia coli (E. coli). Deze schadelijke cellen, die in staat zijn om te slapen, zijn zeer resistent tegen antimicrobiële behandelingen en zijn verantwoordelijk voor verschillende terugkerende chronische infecties met veel voorkomende symptomen zoals hevige maagpijn, braken en bloederige diarree.

De vorming van persistente cellen wordt beschouwd als een van de belangrijkste strategieën van bacteriën zoals E. coli om te overleven onder medicamenteuze behandeling en onder zware omstandigheden. Maar er is weinig bekend over hoe ze zich vormen en werken, voornamelijk vanwege technische beperkingen in eerdere onderzoeken.

In een recent artikel gepubliceerd in Frontiers in Microbiology op 4 augustus hebben onderzoekers een techniek genaamd "Raman-spectroscopie" gebruikt om de belangrijkste kenmerken van E. coli-aanhoudende cellen te identificeren.

"Momenteel houdt het grootste deel van het werk zich bezig met volharders op het hele bevolkingsniveau", zegt Dr. Wang Chuan van de Universiteit van Hong Kong. "Er zijn twee significante verbeteringen in onze studie. Ten eerste worden de biochemische synthetische en metabole activiteiten van E. coli persistercellen geanalyseerd op basis van hun moleculaire hoeveelheid, in plaats van alleen de delingssnelheid en/of groeitoestand te observeren. Ten tweede, onze waarnemingen komen voort uit onderzoeken op afzonderlijke cellen in plaats van het 'gemiddelde' niveau van de hele populatie van bacteriële persisters." Deze focus op individuele cellen is belangrijk gebleken om te begrijpen hoe de persistente cellen werken.

De techniek die onderzoekers hebben toegepast om de persistercellen te begrijpen, is Raman-spectroscopie. Het is een bekende methode van op licht gebaseerde chemische analyse. Het licht prikkelt het monster door een trilling te creëren. Die trilling is precies af te lezen en te interpreteren. Raman-spectroscopieresultaten worden vaak beschreven als een "vingerafdruk" van de moleculen in de cellen. Door middel van de Raman-spectroscopietechniek kunnen onderzoekers een profiel maken van de persistercellen die vervolgens kunnen worden gebruikt om vergelijkbare cellen te identificeren.

Traditioneel werd aangenomen dat persistente cellen in een slapende toestand bestaan, omdat ze niet groeien terwijl ze stress ondergaan, zoals een antimicrobiële behandeling. Onderzoekers vinden echter dat de metabole activiteit van de E. coli persistercellen significant hoger is dan die van de referentiestammen van E. coli. "Deze belangrijke nieuwe bevinding houdt in dat persistente cellen actief blijven, zelfs in hun slapende toestand, en dit zou een van de cruciale manieren kunnen zijn waarop ze een hoge dosis antimicrobiële behandeling kunnen overleven", zei prof. Jin Lijian van de Universiteit van Hongkong.

"Op basis van de geavanceerde Raman-spectroscopietechnologie heeft onze studie voor het eerst de relatieve niveaus van biochemische synthese in E. coli-persistente cellen beoordeeld tijdens hun vorming en reanimatie, wat aangeeft dat deze persistente cellen intrinsieke strategieën kunnen ontwikkelen door de replicatiesnelheid te verlagen, terwijl het verbeteren van de biosynthese om te overleven en het daaropvolgende herstel", zegt Chen Rongze, co-eerste auteur van het artikel en een doctoraalstudent van het Single-Cell Center, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) van de Chinese Academie van Wetenschappen.

Belangrijk is dat deze nieuwe studie verder de metabole activiteit van E. coli-persistenten onder verschillende omstandigheden en een verhoogd niveau van hun metabolische activiteiten onthult in vergelijking met de referentiestammen van E. coli.

De onderzoekers hopen dat de huidige bevindingen in de nabije toekomst tot nieuwe ontdekkingen kunnen leiden. "Inderdaad, we hebben een nieuw instrument ontwikkeld genaamd CAST-R (Clinical Antimicrobial Susceptibility Test Ramanometry) om de persisters te identificeren en te karakteriseren, zodat het onderzoek kan worden uitgebreid naar andere pathogenen en uiteindelijk kan worden toegepast in klinieken, door de mechanismen van microbiële pathogeniteit te onthullen. voor het ontwikkelen van nieuwe, gepersonaliseerde therapeutische strategieën en benaderingen", zegt prof. Xu Jian van het Single-Cell Center, die de studie mede leidde. + Verder verkennen

Abnormale groei van bacteriële cellen kan verband houden met antimicrobiële resistentie