Am 8. Mai 2025 hat ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg zusammen mit dem Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) eine bahnbrechende Methode zur Analyse der Genaktivität in Bakterienkolonien vorgestellt. Diese Innovation, bekannt als bakterielles MATQ-seq, stellt eine verbesserte Form der Einzelzell-Transkriptomik dar, die sich darauf konzentriert, das Verständnis der Vielfalt innerhalb von Bakterienpopulationen zu vertiefen, insbesondere im Hinblick auf Krankheitserreger. Die neue Methode ermöglicht es, die mRNA-Moleküle einzelner Bakterienzellen zu erfassen und damit aktive Gene zu identifizieren, was für die medizinische Forschung von großer Bedeutung ist. Laut uni-wuerzburg.de weist das Verfahren eine bemerkenswerte Zell-Retentionsrate von 95% auf, was es von traditionellen Methoden abhebt, bei denen Verlustraten von bis zu 70% gang und gäbe sind.
Die Studie hebt hervor, dass mit der neuen Technik zwischen 300 und 600 Gene pro Bakterienzelle analysiert werden können. Der gesamte Prozess zur Erstellung dieser Einzelbakterien-Transkriptome dauert etwa fünf Tage und eignet sich besonders gut für kleinere Proben, die Hunderte von Zellen umfassen. Für größere Proben mit Hunderttausenden bis Millionen von Zellen sind allerdings andere Protokolle erforderlich, die jedoch oft höheren Verlusten und einer geringeren Erfassung von Genen unterliegen.
Neue Forschungsplattform in Würzburg
Im Rahmen dieser Entwicklung wird das Center for Microbial Single-Cell RNA-seq (MICROSEQ) in Würzburg eingerichtet. Diese Plattform zielt darauf ab, Technologien und Fachkenntnisse für Forschungsgruppen weltweit zugänglich zu machen. MICROSEQ ist ein Teil des Würzburger Single-Cell Centers, das ebenfalls Transkriptomanalysen einzelner eukaryotischer Zellen anbietet. Die Fortschritte in der Genanalytik stellen sowohl einen technologischen Fortschritt dar als auch eine Antwort auf die bisherigen Herausforderungen in der Einzelzell-RNA-Sequenzierung, die oft durch die kleinere Zellgröße von Bakterien im Vergleich zu Eukaryoten bedingt sind, sowie durch die Schwierigkeiten bei der Zelllyse und der Erfassung bakterieller Transkripte.
Die Bedeutung dieser Methode ist nicht nur wissenschaftlicher Natur, sondern hat auch praktische Auswirkungen auf die medizinische Forschung. So erlaubt sie einen tieferen Einblick in die Zellaktivität im Normalzustand, bei Krankheiten und zur Reaktion auf Medikamente. Laut nature.com sind die Verbesserungen, die bei dieser Technologie erzielt wurden, auch in zahlreichen Studien belegt, die zeigen, wie wichtig eine hohe Genabdeckung und der Nachweis regulatorischer kleiner RNAs auf Einzelzellebene sind.
Validierung und Anwendungsgebiete
Die neue MATQ-seq-Technik zeigt eine erfolgreiche Validierung an Salmonellen unter verschiedenen Wachstumsbedingungen und führt zu erhöhter Robustheit des Protokolls sowie zu verringerter Ausfallrate beim Ablesen genetischer Informationen. Dies bringt erhebliche Verbesserungen in der Qualität der Daten, die bei der Untersuchung bakterieller Phänotypen von Bedeutung sind. Solche phänotypischen Heterogenitäten sind entscheidend, um zu verstehen, wie sich Bakterien an unterschiedliche Umgebungen anpassen.
Die ursprüngliche Veröffentlichung der Ergebnisse erfolgte im Journal mBio und zeigte, dass die Methode für Experimente mit begrenztem Ausgangsmaterial geeignet ist. Dadurch ermöglicht sie das detaillierte Studium kleiner Bakterienzellsubpopulationen in Wirtsnischen, was für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien von Bedeutung sein könnte, wie auch helmholtz-hiri.de betont.
