En ny funktionsbaserad sekvenseringsteknik som använder optisk pincett och utnyttjar gravitationens egenskaper gör att forskare kan analysera bakterieceller en efter en. Studien, genomförd av forskare från Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) från Chinese Academy of Sciences, publicerades i Små den 9 juni.

Bakterieceller är så små att det har varit mycket svårt att analysera bara en bakteriecell, eller bakterie, vid en tid. Som ett resultat, många av dem, ibland miljoner åt gången måste analyseras samtidigt. Detta berättar mycket om gruppen som helhet, men det hindrar forskare från att kunna undersöka kopplingen mellan en enda bakteries genotyp, eller komplett uppsättning gener; och dess fenotyp, eller uppsättningen egenskaper som är resultatet av samspelet mellan dess gener och miljön.

Ett enkelt sätt att tänka på skillnaden mellan genotyp och fenotyp är att notera att medan en enda majsväxts genotyp kan tillåta den att växa tre meter lång, om inte mycket gödningsmedel appliceras, då kan majsväxtens fenotyp vara att den bara växte till två meter lång.

Analys av sambandet mellan genotyp och fenotyp är enkelt för en så stor organism, och mycket användbart också.

Liknande insikter om genotyp-fenotyp-förhållandet för en enda bakterie, inte minst när det gäller infektionssjukdomar, har länge eftersökts men hindrats av en bakteries storlek, som vanligtvis bara är några miljondelar av en meter lång.

Forskare från Single-Cell Center vid QIBEBT har utvecklat en bakterieprofileringsteknik som kallas Raman-Activated Gravity-driven encellad inkapsling och sekvensering, eller RAGE -sekvensering. I tekniken, fenotyperna för enskilda celler analyseras en efter en, förpackas sedan noggrant i en "picoliter microdroplet" (en biljonedel av en liter) som exporteras och indexeras på en cell per provrörs sätt redo för gensekvensering senare.

Processen innefattar ett RAGE -chip av två kvartsskikt bundna ihop och som har ett inloppshål, oljekälla, och mikrokanal etsad i dem. 'Optisk pincett', eller en mycket fokuserad laserstråle som ger en attraktiv eller frånstötande kraft, manipulerar bakterien i vätska genom kanalen, hjälp av tyngdkraften.

Formen, bakteriens struktur och metaboliska egenskaper - i huvudsak dess fenotyp - undersöks sedan via ett detektionsfönster med hjälp av "Raman -spektroskopi", en analytisk teknik som utnyttjar ljusets interaktion med de kemiska bindningarna i ett material.

"Slutligen är bakterien inkapslad i mikrodroppen, som sedan överförs till ett rör för gensekvensering eller odling av cellen, "sade prof. Ma Bo, motsvarande författare till studien.

Mikrodroppförpackningen är extremt viktig, eftersom det gör att den mycket lilla mängden DNA i en enda bakteriecell kan amplifieras på ett mycket jämnt sätt, en viktig utmaning för att helt avkoda dess genom, enligt Xu Teng, en doktorand i teamet som utvecklade metoden.

"Vi har möjligheten att, direkt från ett urinprov, erhålla antibiotikaresistensegenskaper och en väsentligen fullständig genom -sekvens samtidigt från exakt en cell. Detta erbjuder den högsta möjliga upplösningen för bakteriell diagnos och läkemedelsbehandling, "Sade professor Xu Jian, en annan motsvarande författare till studien.

Baserat på denna teknik, forskarna har utvecklat ett instrument som kallas CAST-R för att stödja snabbt urval av antibiotika och genomsekvensering av patogener, alla på nivå med en cell. Detta instrument innebär mycket snabbare och mer exakt antibiotikabehandling, och mycket högre känslighet för att spåra och bekämpa bakteriell antibiotikaresistens, vilket är ett stort hot mot det mänskliga samhällets framtid.