Cientistas descobrem coisas incríveis em bactérias ampliadas 1000 vezes

Ao combinar a técnica de imagem MERFISH com microscopia expandida, os cientistas abriram uma nova maneira de estudar bactérias no nível de célula única. Essa nova conquista permite observações mais aprofundadas de como as bactérias ativam diferentes tipos de genes em resposta ao ambiente, fornecendo insights sobre o comportamento bacteriano, resistência a antibióticos e estratégias de infecção.

Como funcionam as bactérias

Como as bactérias — sejam as benéficas para nossos corpos ou as perigosas causadoras de doenças — coordenam suas atividades? Um estudo recente forneceu novos insights ao combinar microscopia genômica avançada com uma técnica inovadora para rastrear os genes que as bactérias ativam em diferentes condições e ambientes. Publicado recentemente na revista Science, espera-se que o avanço leve a pesquisa bacteriana a novos patamares.

O Dr. Jeffrey Moffitt e colegas do Programa de Medicina Celular e Molecular (PCMM) do Hospital Infantil de Boston (EUA) usaram MERFISH, uma técnica de imagem molecular que Moffitt ajudou a desenvolver, para analisar o RNA mensageiro (mRNA) em milhares de amostras bacterianas individuais de uma só vez. Este método não apenas mapeia a expressão genética em larga escala, mas também revela como fatores espaciais influenciam a ativação genética bacteriana – algo que nunca foi feito antes.

Desafios na imagem bacteriana

No entanto, a equipe primeiro teve que superar um grande desafio: os RNAs bacterianos, conhecidos como transcriptomas bacterianos, são densamente compactados dentro de células minúsculas, o que os torna difíceis de distinguir e visualizar.

Utilizando uma técnica desenvolvida em laboratório chamada “microscopia de expansão”, a equipe incorporou os espécimes em um hidrogel especial. Eles imobilizaram o RNA no gel e variaram a solução tampão química nele. Isso faz com que o gel se expanda, aumentando o tamanho da amostra de 50 a 1000 vezes. Neste ponto, todos os RNAs bacterianos se tornam individualmente digeríveis.

O que significa expressão genética bacteriana?

Até agora, os cientistas normalmente mediam o comportamento bacteriano calculando a média de populações bacterianas inteiras. A capacidade de identificar os genes que bactérias individuais usam pode gerar novos insights importantes sobre interações bacterianas, virulência, respostas ao estresse, resistência a antibióticos, formação de biofilmes, como em cateteres, e muito mais.

“Agora temos as ferramentas para responder a perguntas interessantes sobre as interações hospedeiro-micróbio e micróbio-micróbio”, diz Moffitt. Podemos explorar como as bactérias se comunicam e competem por posições espaciais, e determinar a estrutura das comunidades bacterianas. E podemos questionar como bactérias patogênicas regulam sua expressão gênica quando infectam células de mamíferos.

O Bacterial-MERFISH também pode fornecer informações sobre bactérias que são difíceis de cultivar em placas de Petri. Agora os cientistas não precisarão cultivá-los, mas poderão simplesmente fotografá-los em seu ambiente natural.

Insights em nível de célula única sobre estratégias de sobrevivência bacteriana

Alguns dos experimentos realizados pela equipe ilustraram os tipos de perguntas que o Bacterial-MERFISH poderia responder. Por exemplo, Moffitt e colegas conseguiram demonstrar que células individuais de E. coli, quando privadas de glicose, tentarão utilizar fontes alternativas de alimento sequencialmente, alterando sua expressão genética em uma sequência específica. Ao tirar uma série de instantâneos genéticos ao longo do tempo, a equipe conseguiu montar essa estratégia de sobrevivência.

A equipe também obteve informações sobre como as bactérias organizam seus RNAs dentro das células, o que pode ser importante na regulação de diferentes aspectos da expressão genética. Antes era muito difícil lidar com essa transformação, mas agora esse trabalho ficou muito mais fácil.