Una nuova tecnica di sequenziamento basata sulla funzione che utilizza pinzette ottiche e sfrutta le proprietà della gravità consente ai ricercatori di analizzare le cellule batteriche una per una. Lo studio, condotto da ricercatori del Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) dell'Accademia cinese delle scienze, è stato pubblicato in Piccolo il 9 giugno.

Le cellule batteriche sono così piccole che è stato molto difficile analizzare una sola cellula batterica, o batterio, Al tempo. Di conseguenza, molti di loro, a volte milioni alla volta, devono essere analizzati contemporaneamente. Questo ci dice molto sul gruppo nel suo insieme, ma impedisce ai ricercatori di poter indagare sul legame tra il genotipo di un singolo batterio, o set completo di geni; e il suo fenotipo, o l'insieme delle caratteristiche che risultano dall'interazione dei suoi geni e dell'ambiente.

Un modo semplice per pensare alla distinzione tra genotipo e fenotipo è notare che mentre il genotipo di una singola pianta di mais potrebbe consentirle di crescere un metro di altezza, se non viene applicato molto fertilizzante, allora il fenotipo della pianta di mais potrebbe essere che è cresciuta fino a raggiungere un'altezza di due piedi.

L'analisi del legame tra genotipo e fenotipo è semplice per un organismo così grande, e anche molto utile.

Approfondimenti simili sulla relazione genotipo-fenotipo di un singolo batterio, non da ultimo per quanto riguarda le malattie infettive, sono state a lungo ricercate ma ostacolate dalle dimensioni di un batterio, che in genere sono lunghi solo pochi milionesimi di metro.

I ricercatori del Single-Cell Center di QIBEBT hanno sviluppato una tecnica di profilazione dei batteri chiamata incapsulamento e sequenziamento di cellule singole guidate dalla gravità attivata da Raman, o il sequenziamento RAGE. Nella tecnica, i fenotipi delle singole cellule vengono analizzati uno per uno, quindi accuratamente confezionato in un "microdroplet picolitro" (un trilionesimo di litro) che viene esportato e indicizzato in una cellula per provetta pronto per il sequenziamento genico in seguito.

Il processo prevede un "chip" RAGE di due strati di quarzo legati insieme e che hanno un foro di ingresso, pozzo di petrolio, e micro-canali incisi al loro interno. "Pinzette ottiche", o un raggio laser altamente focalizzato che produce una forza attrattiva o repulsiva, manipola il batterio in liquido attraverso il canale, assistito dalla gravità.

Il modulo, la struttura e le caratteristiche metaboliche del batterio, essenzialmente il suo fenotipo, vengono quindi studiate tramite una finestra di rilevamento utilizzando la "spettroscopia Raman", una tecnica analitica che sfrutta l'interazione della luce con i legami chimici all'interno di un materiale.

"Finalmente il batterio è incapsulato nella microgoccia, che viene poi trasferito in un tubo per il sequenziamento genico o la coltivazione della cellula, " ha detto il Prof. Ma Bo, corrispondente autore dello studio.

Il confezionamento in microgoccioline è estremamente importante, poiché consente di amplificare in modo molto uniforme la piccolissima quantità di DNA in una singola cellula batterica, una sfida chiave per decodificare completamente il suo genoma, secondo Xu Teng, uno studente laureato nel team che ha sviluppato il metodo.

"Siamo in grado di, direttamente da un campione di urina, ottenere caratteristiche di resistenza agli antibiotici e una sequenza del genoma essenzialmente completa contemporaneamente da precisamente una cellula. Questo offre la massima risoluzione possibile per la diagnosi batterica e il trattamento farmacologico, " ha detto il prof. Xu Jian, un altro autore corrispondente dello studio.

Sulla base di questa tecnologia, i ricercatori hanno sviluppato uno strumento chiamato CAST-R per supportare la selezione rapida di antibiotici e il sequenziamento del genoma dei patogeni, tutto a livello di una cella. Questo strumento significa un trattamento antibiotico molto più rapido e preciso, e una sensibilità molto più elevata nel tracciare e combattere la resistenza batterica agli antibiotici, che rappresenta una grave minaccia per il futuro della società umana.