新技术可以记录菌落中每个细菌细胞的基因活性

分析菌落中每个细菌细胞的基因活性？维尔茨堡的一项新技术可以比其他方法更有效地做到这一点。

并非细菌群体中的所有个体都是相同的。有些可能处于细胞分裂的边缘，有些正在分化，有些正在适应不断变化的环境条件。特别是对于病原体，研究人员尽可能了解细菌种群内的这种多样性非常重要。这些知识可以帮助开发改进的疗法。

一种有助于分析细菌多样性的技术是单细胞转录组学。它使用小信使分子（mRNA）来确定在特定时间点人群的单个细菌细胞中哪些基因是活跃的。即使在复杂的细菌群中，mRNA分析也能显示单个细菌细胞对抗生素或其他环境变化的反应。

2020年，位于维尔茨堡的朱利叶斯·马西米利安大学（JMU）和亥姆霍兹RNA感染研究所（HIRI）的研究人员开发了一种创新的细菌单细胞转录组学变体。这种方法被称为细菌MATQ-seq，有几个优点。

维尔茨堡的研究人员此后进一步改进了他们的方法。在《自然协议》杂志上，他们现在提出了一个循序渐进的协议，即使用MATQ-seq创建单个细菌转录组的精确说明。该协议还包括数据的实验和计算机辅助分析。

“我们已经开发了一种基于定量单细胞RNA测序的强大的细菌scRNA-seq协议，”JMU分子感染生物学研究所的Christina Homberger博士说，她现在是巴塞尔大学Biozentrum的研究员。这位科学家和她的JMU同事Fabian Imdahl博士是这项研究的第一作者。Homberger博士解释说：“使用沙门氏菌等模式生物，我们证明这种方法非常有效。”。

它实现了95%的非常高的细胞保留率——这意味着在过程结束时，单个基因文库实际上是从开始使用的95%的细胞中创建的。这远高于其他协议，后者的丢失率高达70%。

Imdahl博士说：“我们的方法可靠地检测到每个细菌细胞300至600种基因的活性。平均而言，这也明显高于目前其他方法所达到的水平。”。根据记录的基因活性，很容易识别出单个细菌目前正在做什么，或者它目前正在适应哪些环境条件。

整个过程——从单细胞分离到原始数据生成——使用MATQ-seq大约需要五天时间。它非常适合来自数百个细胞的较小样本；在这个范围内，它工作效率很高，分辨率也很高。对于数十万至数百万个细胞的高细胞通量，其他方案更合适，因此必须接受细胞的高损失和每个细胞少于100个基因的检测。

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HIRI和IMIB主任Jörg Vogel教授解释说：“我们的方案能够对各种细菌物种进行稳健的分析，从而为在维尔茨堡开发全球独特的微生物单细胞RNA测序平台奠定了基础。”。该平台旨在整合协议和专业知识，使其他研究人员和实验室能够使用该技术。

这个新平台被称为微生物单细胞RNA-seq中心（MICROSEQ）。它基于研究人员开发的技术，以及其他已建立的用于单个细菌转录组分析的高通量方法。

未来，来自世界各地的研究小组将能够获得细菌细胞单细胞转录组学的技术。p