Ramanspektroskopi identifierar E. coli persister på encellsnivå. Kredit:Liu Yang
Bildandet av persister är en viktig egenskap hos bakterier som Escherichia coli (E. coli). Dessa skadliga celler, som kan gå vilande, är mycket resistenta mot antimikrobiella behandlingar och står för olika återfallande kroniska infektioner med vanliga symtom som svår magsmärta, kräkningar och blodig diarré.
Bildning av persisterceller tros vara en av de viktigaste strategierna för bakterier som E. coli för att överleva under läkemedelsbehandling och svåra förhållanden. Men lite är känt om hur de bildas och fungerar, främst på grund av tekniska begränsningar i tidigare studier.
I en nyligen publicerad artikel publicerad i Frontiers in Microbiology den 4 augusti har forskare använt en teknik som kallas "Raman-spektroskopi" för att identifiera nyckelegenskaperna hos E. coli persisterceller.
"För närvarande handlar majoriteten av arbetet om persister på hela befolkningsnivån", säger Dr Wang Chuan från University of Hong Kong. "Det finns två betydande förbättringar i vår studie. För det första analyseras de biokemiska syntetiska och metaboliska aktiviteterna av E. coli persisterceller på basis av deras molekylära kvantitet, istället för att bara observera delningshastigheten och/eller tillväxttillståndet. För det andra, vår observationer härrör från undersökningar på enstaka celler snarare än den "genomsnittliga" nivån för hela populationen av bakteriella persister." Detta fokus på enskilda celler har visat sig vara viktigt för att förstå hur persistercellerna fungerar.
Tekniken som forskare har använt för att förstå persistercellerna är Raman-spektroskopi. Det är en välkänd metod för ljusbaserad kemisk analys. Ljuset exciterar provet genom att skapa en vibration. Den vibrationen kan avläsas och tolkas exakt. Raman-spektroskopiresultat beskrivs ofta som ett "fingeravtryck" av molekylerna inuti cellerna. Genom Raman-spektroskopitekniken kan forskare skapa en profil av persistercellerna som kan användas för att sedan identifiera liknande celler.
Traditionellt har persisterceller ansetts existera i ett vilande tillstånd, eftersom de inte växer medan de utsätts för stress som en antimikrobiell behandling. Forskare finner dock att den metaboliska aktiviteten hos E. coli persisterceller är betydligt högre än referensstammarna av E. coli. "Detta viktiga nya fynd antyder att persisterceller förblir aktiva även i sitt vilande tillstånd, och detta kan vara ett av de avgörande sätten att de kan överleva en högdos antimikrobiell behandling", säger professor Jin Lijian från University of Hong Kong.
"Baserat på den avancerade Raman-spektroskopiteknologin har vår studie för första gången utvärderat de relativa nivåerna av biokemisk syntes i E. coli persisterceller under deras bildning och återupplivning, vilket indikerar att dessa persisterceller kan utveckla inneboende strategier genom att nedreglera replikationshastigheten samtidigt som de förbättra biosyntesen för överlevnad och efterföljande återhämtning, säger Chen Rongze, medförfattare till artikeln och doktorand från Single-Cell Center, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) vid den kinesiska vetenskapsakademin.
Viktigt är att denna nya studie ytterligare avslöjar den metaboliska aktiviteten av E. coli persister under olika förhållanden och en ökad nivå av deras metaboliska aktiviteter jämfört med referensstammarna av E. coli.
Forskarna hoppas att de nuvarande fynden kan leda till ytterligare upptäckter inom en snar framtid. "Vi har faktiskt utvecklat ett nytt instrument som heter CAST-R (Clinical Antimicrobial Susceptibility Test Ramanometri) för att identifiera och karakterisera persisterna, så att undersökningarna kan utökas till andra patogener och så småningom tillämpas på kliniker, genom att avslöja mekanismerna för mikrobiell patogenicitet för att utveckla nya, personliga terapeutiska strategier och tillvägagångssätt", säger prof. Xu Jian vid Single-Cell Center som var med och ledde studien. + Utforska vidare
