30 000 капель в секунду
Упаковка бактерий в капли помогла найти антибиотики в слюне медведя
Дарья Спасская, N+1
Российские биологи разработали способ функционального анализа сложных микробных сообществ при помощи высокопроизводительной микрофлюидной платформы. Метод позволяет определять состав сообществ, размножая отдельные клетки внутри капель водно-жировой эмульсии. Таким способом можно искать продуцентов новых антибиотиков и определять устойчивость к ним бактерий из любых экзотических источников. В качестве примера такого анализа в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи изучили микробиоту из ротовой полости бурого медведя и нашли там вещество, подавляющее рост метициллин-устойчивого золотистого стафилококка.
Традиционные микробиологические методы исследования бактерий подразумевают выделение чистой (изолированной) культуры микроорганизма и дальнейшую работу с ней. При изучении микробных сообществ из разных экологических ниш, от человеческих фекалий до горячих источников Камчатки, ученые часто оценивают их по суммарному геному всех находящихся в образце бактерий. Геномный анализ бывает достаточно информативным, однако не всегда позволяет в полной мере оценить функциональные возможности микроорганизмов, например, способность к продукции новых антибиотиков или устойчивость к ним.
Сотрудники лаборатории Александра Габибова в московском Институте биоорганической химии имени академиков Шемякина и Овчинникова, в частности, Станислав Терехов, Илья Остерман и Иван Смирнов вместе с коллегами из Сколтеха, в том числе Константином Севериновым разработали способ, позволяющий анализировать свойства отдельных клеток при помощи микрофлюидной платформы. Метод подразумевает упаковку отдельных клеток в капли водно-жировой эмульсии, и последующую высокопроизводительную сортировку капель, например, по флуоресценции репортерных белков. Скорость сортировки достигает 30 тысяч капель в секунду, таким образом за короткое время можно «просмотреть» огромное количество бактерий из любого экзотического источника и отобрать клетки с нужными свойствами. При этом внутри капель клетки могут делиться.
Для демонстрации возможностей платформы авторы работы проанализировали микробиоту ротовой полости дикого сибирского бурого медведя. Ученые поставили себе задачу найти в слюне медведя продуцентов антибиотиков, активных в отношении метициллин-устойчивого золотистого стафилококка – возбудителя опасных внутрибольничных инфекций. Для этого клетки микроорганизмов из медвежьей пасти упаковали в капельки вместе с клетками стафилококка, которые несли ген зеленого флуоресцентного белка. Далее при помощи сортера ученые отобрали те клетки, где стафилококк не размножался, и определили, что за микроорганизм там находился. Оказалось, что в слюне медведя наибольшей противомикробной активностью обладает штамм Bacillus pumilus – продуцент антибиотика амикумацина А.
Этот антибиотик уже был известен ученым, но дополнительный анализ генома бацилл из медведя позволил обнаружить новый ген устойчивости к нему – киназу AmiN, которая фосфорилирует антибиотик и делает его неактивным.
Stanislav S. Terekhov et al.,
PNAS 2018 (с изменениями)
На следующем этапе работы исследователи при помощи своей платформы проверили всех участников микробного сообщества изо рта медведя на устойчивость к амикумацину, а также, для сравнения, микробов из фекалий здорового человека и человека с воспалением кишечника. Для этого отдельные клетки упаковали в капли вместе с разными концентрациями антибиотика, либо без него. Чувствительность к веществу определяли при помощи окрашивания на наличие живых клеток. После инкубации с антибиотиком содержимое капель секвенировали и определяли, какие микроорганизмы вообще есть в сообществе, и какие из них чувствительны к антибиотику. Оказалось, что амикумацин активен в основном в отношении грам-положительных микроорганизмов, а кроме того, действует против групп микробов, характерных для человека с воспалением кишечника. Ученые предположили, что бацилла-продуцент амикумацина может стать компонентом пробиотиков для предотвращения болезней кишечника.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru