Исследователи обнаружили, что бактерии Clstridium perfringens вырабатывают свой болезнетворный токсин в основном при нехватке питания, а при его достаточном количестве активируются гены, обеспечивающие расщепление пищи.
Clostridium perfringens - один из самых распространенных возбудителей пищевых отравлений, поскольку вырабатывает токсины, которые проникают в клетки кишечника и приводят к тяжелой диарее. Но не все бактерии C. perfringens производят токсины. Команда Райана Макналти разработала метод, анализирующий, какие гены активны в данной клетке и определяют ее функции. Ученые хотели выяснить, почему по-разному ведут себя генетически идентичные патогены.
Когда считывается ген, клетка сначала создает своего рода чертеж - мессенджер РНК (мРНК) со схемой производства генного продукта, но было невозможно определить индивидуальный профиль мРНК для тысяч клеток. Новый метод, разработанный командой Макналти и названный ProBac-seq, позволяет разделять бактериальные клетки на крошечные капельки, маркировать каждую, а затем автоматически анализировать транскриптом, то есть вырабатываемые в них молекулы РНК. Таким путем можно определить, активны ли различные гены в определенных подгруппах бактериальной популяции.
Для проверки своего метода генетики использовали в качестве модели хорошо изученные Bacillus subtilis и Escherichia coli и смогли определить известные клеточные состояния, а также обнаружили несколько ранее неизвестных состояний транскриптома. Чтобы идентифицировать различные субпопуляции в реальном патогене, ученые выбрали Clostridium perfringens, токсины которого вызывают тяжелые кишечные заболевания у людей и животных. Анализ с помощью ProBac-seq показал, что только 43 % клеток вырабатывали особенно много токсинов - именно те, которые плохо питались.
Чтобы регулировать производство токсинов и долю производящих их клеток, исследователи добавили в бактериальную культуру ацетат натрия. Это значительно уменьшило долю клеток, находящихся в состоянии первичной выработки токсинов, с 43 % до 30 %. Оставшиеся 30 % тоже производили меньше токсина, чем без ацетата. В целом, это значительно снизило содержание токсина в бактериальной культуре.
Будущие исследования должны прояснить, существуют ли подобные механизмы у других бактерий, например у Salmonella и Staphylococcus aureus. Это может помочь разработать стратегии борьбы с бактериальными инфекциями и обойти толерантность к антибиотикам.
