Een nieuwe functie-gebaseerde sequencing-techniek die gebruik maakt van een optisch pincet en gebruik maakt van de eigenschappen van de zwaartekracht, stelt onderzoekers in staat bacteriecellen één voor één te analyseren. De studie, uitgevoerd door onderzoekers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) van de Chinese Academy of Sciences, werd gepubliceerd in Klein op 9 juni

Bacteriecellen zijn zo klein dat het erg moeilijk was om slechts één bacteriële cel te analyseren, of bacterie, tegelijk. Als resultaat, veel van hen, soms miljoenen tegelijk, gelijktijdig moeten worden geanalyseerd. Dit vertelt ons veel over de groep als geheel, maar het verhindert dat onderzoekers het verband tussen het genotype van een enkele bacterie kunnen onderzoeken, of complete set genen; en zijn fenotype, of de reeks kenmerken die het gevolg zijn van de interactie van zijn genen en de omgeving.

Een eenvoudige manier om na te denken over het onderscheid tussen genotype en fenotype is om op te merken dat hoewel het genotype van een enkele maïsplant het mogelijk zou maken om drie voet lang te worden, als er niet veel kunstmest wordt toegepast, dan zou het fenotype van de maïsplant kunnen zijn dat hij maar 60 cm hoog werd.

Analyse van het verband tussen genotype en fenotype is eenvoudig voor zo'n groot organisme, en ook erg handig.

Vergelijkbare inzichten over de genotype-fenotype relatie van een enkele bacterie, niet in de laatste plaats met betrekking tot infectieziekten, lang gezocht, maar gehinderd door de grootte van een bacterie, die typisch slechts een paar miljoenste van een meter lang zijn.

Onderzoekers van het Single-Cell Center van QIBEBT hebben een bacterie-profileringstechniek ontwikkeld genaamd Raman-Activated Gravity-driven single-cell Encapsulation and Sequencing, of RAGE-sequencing. In de techniek de fenotypes van individuele cellen worden één voor één geanalyseerd, vervolgens zorgvuldig verpakt in een 'picoliter microdruppel' (een biljoenste van een liter) die wordt geëxporteerd en geïndexeerd in een cel per reageerbuis, klaar voor gensequencing later.

Het proces omvat een RAGE 'chip' van twee kwartslagen die aan elkaar zijn gehecht en die een inlaatgat hebben, oliebron, en microkanaal erin geëtst. 'Optisch pincet', of een sterk gerichte laserstraal die een aantrekkende of afstotende kracht produceert, manipuleert de bacterie in vloeistof door het kanaal, geholpen door de zwaartekracht.

Het formulier, structuur en metabolische kenmerken van de bacterie - in wezen het fenotype - worden vervolgens onderzocht via een detectievenster met behulp van 'Raman-spectroscopie', een analytische techniek die gebruik maakt van de interactie van licht met de chemische bindingen in een materiaal.

"Eindelijk is de bacterie ingekapseld in de microdruppel, die vervolgens wordt overgebracht naar een buis voor het bepalen van de genen of het kweken van de cel, " zei prof. Ma Bo, corresponderende auteur van de studie.

De microdruppelverpakking is uiterst belangrijk, omdat het de zeer kleine hoeveelheid DNA in een enkele bacteriële cel op een zeer gelijkmatige manier kan versterken, een belangrijke uitdaging voor het volledig decoderen van het genoom, volgens Xu Teng, een afgestudeerde student in het team dat de methode heeft ontwikkeld.

"We zijn in staat om, rechtstreeks uit een urinemonster, tegelijkertijd uit precies één cel antibioticaresistentiekenmerken en een in wezen complete genoomsequentie te verkrijgen. Dit biedt de hoogst mogelijke resolutie voor bacteriële diagnose en medicamenteuze behandeling, " zei prof. Xu Jian, een andere corresponderende auteur van de studie.

Op basis van deze technologie, de onderzoekers hebben een instrument ontwikkeld met de naam CAST-R om snelle antibioticaselectie en genoomsequencing van pathogenen te ondersteunen, allemaal op het niveau van één cel. Dit instrument betekent een veel snellere en nauwkeurigere antibioticabehandeling, en veel hogere gevoeligheid bij het opsporen en bestrijden van bacteriële antibioticaresistentie, die een grote bedreiging vormt voor de toekomst van de menselijke samenleving.