Une nouvelle technique de séquençage basée sur les fonctions utilisant des pincettes optiques et tirant parti des propriétés de la gravité permet aux chercheurs d'analyser les cellules bactériennes une par une. L'étude, menée par des chercheurs du Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) de l'Académie chinoise des sciences, a été publié dans Petit le 9 juin.

Les cellules bactériennes sont si petites qu'il a été très difficile d'analyser une seule cellule bactérienne, ou bactérie, à la fois. Par conséquent, beaucoup d'entre eux, parfois des millions à la fois, doivent être analysés simultanément. Cela nous en dit long sur le groupe dans son ensemble, mais cela empêche les chercheurs de pouvoir étudier le lien entre le génotype d'une seule bactérie, ou un ensemble complet de gènes ; et son phénotype, ou l'ensemble des caractéristiques qui résultent de l'interaction de ses gènes et de l'environnement.

Une façon simple de penser à la distinction entre le génotype et le phénotype est de noter que même si le génotype d'un seul plant de maïs peut lui permettre de pousser d'un mètre de haut, si peu d'engrais est appliqué, alors le phénotype du plant de maïs pourrait être qu'il n'a atteint que deux pieds de haut.

L'analyse du lien entre génotype et phénotype est simple pour un organisme aussi grand, et très utile aussi.

Des idées similaires sur la relation génotype-phénotype d'une seule bactérie, notamment en ce qui concerne les maladies infectieuses, longtemps recherchés mais entravés par la taille d'une bactérie, qui ne mesurent généralement que quelques millionièmes de mètre de long.

Des chercheurs du Single-Cell Center du QIBEBT ont développé une technique de profilage des bactéries appelée Raman-Activated Gravity-driven single-cell Encapsulation and Sequencing, ou séquençage RAGE. Dans la technique, les phénotypes des cellules individuelles sont analysés un par un, puis soigneusement emballé dans une « microgouttelette picolitre » (un trillionième de litre) qui est exportée et indexée dans une cellule par tube à essai, prête pour le séquençage ultérieur des gènes.

Le processus implique une "puce" RAGE de deux couches de quartz collées ensemble et qui ont un trou d'entrée, puits de pétrole, et micro-canal gravés en eux. 'Pinces optiques', ou un faisceau laser hautement focalisé qui produit une force attractive ou répulsive, manipule la bactérie en liquide à travers le canal, assisté par gravité.

La forme, la structure et les caractéristiques métaboliques de la bactérie - essentiellement son phénotype - sont ensuite étudiées via une fenêtre de détection utilisant la 'spectroscopie Raman', une technique analytique qui exploite l'interaction de la lumière avec les liaisons chimiques au sein d'un matériau.

"Enfin la bactérie est encapsulée dans la microgouttelette, qui est ensuite transféré dans un tube pour le séquençage du gène ou la culture de la cellule, " a déclaré le professeur Ma Bo, auteur correspondant de l'étude.

Le conditionnement en microgouttelettes est extrêmement important, car il permet à la très petite quantité d'ADN d'une seule cellule bactérienne d'être amplifiée de manière très homogène, un enjeu clé pour décoder pleinement son génome, selon Xu Teng, un étudiant diplômé de l'équipe qui a développé la méthode.

"Nous pouvons, directement à partir d'un échantillon d'urine, obtenir simultanément des caractéristiques de résistance aux antibiotiques et une séquence génomique essentiellement complète à partir d'une seule cellule. Cela offre la résolution la plus élevée possible pour le diagnostic bactérien et le traitement médicamenteux, " a déclaré le professeur Xu Jian, un autre auteur correspondant de l'étude.

Sur la base de cette technologie, les chercheurs ont développé un instrument appelé CAST-R pour soutenir la sélection rapide d'antibiotiques et le séquençage du génome des agents pathogènes, le tout au niveau d'une cellule. Cet instrument permet un traitement antibiotique beaucoup plus rapide et précis, et une sensibilité beaucoup plus élevée dans le suivi et la lutte contre la résistance bactérienne aux antibiotiques, qui constitue une menace majeure pour l'avenir de la société humaine.