アリを象と同じくらいの大きさにできると想像してみてください。彼女の体のあらゆる細部、あらゆるニュアンス、あらゆる動きが見えるでしょう。さて、この考えを微視的な世界に移してみましょう。科学者のチームが細菌で同様のことを成し遂げた。彼らは 1000倍に拡大。これは魔法ではなく、高度な顕微鏡技術と高分子化学を組み合わせた独創的な技術です。結果？細菌の世界に関する前例のないビジョン。細菌の行動、抗生物質への耐性、生存戦略に関する隠された秘密を明らかにすることができます。無限に小さいものがついに目に見えるようになる「巨大」細菌の王国（拡大したと言った方がいいかもしれませんが、実際はそうなります）への驚くべき旅の準備をしましょう。
目に見えないものを見ることへの挑戦
私たちの周囲に生息し、私たちの周りにいる微小な生物である細菌は、どのようにして活動を調整するのでしょうか?彼らは互いに、そして周囲とどのように相互作用するのでしょうか?これらは、感染症を引き起こす有益な細菌と有害な細菌の両方を理解するための基本的な質問です。権威ある雑誌に掲載された最近の研究 科学 (ここにリンクします）は、細菌を全く新しい方法で視覚化することを可能にする技術のおかげで、この分野に新たな展望を開きました。
ジェフリー・モフィット博士号を持つ彼と彼の同僚は 細胞分子医学プログラム (PCMM) al ボストン小児病院彼らは、分子イメージング技術と呼ばれる技術を使用しました。 マーフィッシュ、部分的にはモフィット自身によって開発されました。この技術 数千個の個々の細菌内のメッセンジャーRNA (mRNA)を同時に分析できます。 顕微鏡的スケールでの真の遺伝子調査により、大規模な遺伝子発現のマッピングが可能になり、空間的要因が細菌遺伝子の活性化にどのように影響するかを明らかにすることができます。これまでに達成されたことのない結果。
「巨大」細菌：従来の顕微鏡の限界を克服
この巨大な拡大の過程では、克服すべき障害が 1 つありました。細菌の RNA、つまり細菌のトランスクリプトームは、非常に高密度で、小さな細胞内に圧縮されているのです。靴箱の中にある絡まった毛糸玉のようなものだと考えてください。従来の顕微鏡でそれを視覚化することはほぼ不可能でした。 「完全な惨事でした。何も見えませんでした」と彼は言う。 モフィット.
解決策は、 エド・ボイデン博士号、 マサチューセッツ工科大学（MIT）： 膨張顕微鏡。 研究者らは細菌サンプルを特殊なハイドロゲルに埋め込み、RNAをこのゲル状構造に固定した。次に、ゲル内の化学緩衝剤を変更し、膨張プロセスを引き起こしました。結果？サンプルは膨張し、体積が50～1000倍に増加しました。 「細菌のRNAはすべて個別に分解できるようになりました」と彼は説明する。 モフィット。まるで絡まった毛糸玉が魔法のように解けて、一本一本の糸が露わになったかのようでした。
細菌の遺伝子発現からわかること
これまで、科学者は細菌の集団全体を分析することによってのみ、細菌の行動を「平均的に」研究することができた。しかし、どの遺伝子が活性化するかを決定するこの新しい能力は シングル 細菌は新たな展望を開きます。最終的に、細菌の相互作用を個体レベルで理解し、毒性のメカニズムを解明し、ストレスへの反応を研究し、細菌が抗生物質に対する耐性を獲得する方法や、例えばカテーテル上に形成される複雑な細菌群集であるバイオフィルムを形成する方法も理解できるようになります。
「私たちは今や、宿主と微生物、微生物と微生物の相互作用に関する興味深い疑問に答えるためのツールを手に入れました」と彼は熱く語ります。 モフィット。 「細菌がどのようにコミュニケーションし、空間的地位を競い合うかを探り、細菌の構造を定義することができます。 微生物群集 病原細菌が哺乳類細胞に感染したときに遺伝子発現をどのように変化させるかを研究します。」
MERFISH 細菌顕微鏡を使用すると、実験室で培養するのが難しい細菌を研究することもできます。 「今では、植物を育てる必要はなく、自然環境の中での姿を想像するだけでいいのです」と彼は強調する。 モフィット。既存の細菌のほとんどが従来の技術では培養できないことを考慮すると、これは大きな利点です。
「巨大細菌」が明かす生存戦略
この技術の可能性を実証するために、 モフィット いくつかの実験を行った。例えば、彼らは 個々の細菌 E. 大腸菌のブドウ糖が不足しているときは、代替食品を次々と摂取するようにしてください。特定の順序で遺伝子発現を変更します。研究者たちは、一連のゲノム「スナップショット」を長期にわたって分析することで、この生存戦略を再構築することができました。それは、エンジンが動き続けるために燃料を切り替えるのを見ているようなものです。
研究チームはまた、細菌が細胞内でRNAを組織化する方法についての知見も得た。これは遺伝子発現の調節に非常に重要である可能性がある。最後に、研究者らは、腸内細菌が結腸内の物理的な位置に応じて異なる遺伝子を活性化することを示した。 細菌が見つかる微小環境に応じて変化する、実際の遺伝的「郵便番号」。
細菌研究の新時代
「同じ細菌が数十ミクロンの空間内で非常に異なる行動をとる可能性がある」と彼は結論付けている。 モフィット。 「彼らは異なる環境を見て、それに対して異なる反応をします。以前はこの変化に対処するのは非常に困難でしたが、今では人々が尋ねたいと夢見ていた種類の質問に答えることができます。」
拡張顕微鏡のおかげで、細菌研究の新しい時代が開かれました。私たちはこれらの微生物をこれまでにないほど詳細に研究できるようになるだけでなく、新たな武器と新たな視点で生命、健康、環境に関する根本的な疑問に取り組むことも可能になります。微細な未来だが、巨大な影響を及ぼしている。
