TUNA : Un nouveau système pour suivre le métabolisme des bactéries

La Métabolomique est un domaine qui étudie les petites molécules appelées Métabolites dans des échantillons biologiques. Les métabolites sont les produits finaux des processus cellulaires et peuvent donner des infos précieuses sur la santé et l'état des cellules. Mais un des défis dans ce domaine, c'est que c'est souvent compliqué de suivre comment ces métabolites changent au fil du temps. C'est particulièrement vrai en microbiologie, où les bactéries peuvent modifier leur métabolisme en fonction de la disponibilité des nutriments et du nombre de cellules présentes.

#Le défi de mesurer les changements dans le temps

Quand les bactéries se développent, elles changent souvent leurs processus métaboliques. Par exemple, Escherichia coli (E. coli) décompose généralement le glucose pour produire de l'énergie, mais peut passer à un autre substrat, le succinate, quand le glucose vient à manquer. De même, Clostridium acetobutylicum peut changer ce qu'il produit selon les nutriments dispos. Ces changements sont essentiels à comprendre, mais les capturer dans le temps avec des méthodes traditionnelles peut être difficile et exige souvent beaucoup de travail manuel.

La méthode classique pour collecter des données au fil du temps, c'est de prendre des échantillons à intervalles réguliers, mais ça prend du temps et ça peut mener à des erreurs. Pour améliorer ça, les scientifiques se penchent sur des technologies de Surveillance automatisées, comme des biosenseurs, la microfluidique, la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la spectrométrie de masse. Chacune a ses points forts et ses faiblesses, mais aucune ne répond complètement aux besoins d'une analyse continue et précise des métabolites dans les cultures cellulaires.

#Présentation du système TUNA

Pour surmonter ces défis, un nouveau système appelé TUNA (Analyse temporelle de l'absorption et nutritionnelle) a été développé pour étudier les cellules cultivées. Ce système combine quatre avancées récentes en technologie de laboratoire.

D'abord, une nouvelle méthode pour la Chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LC-MS) à haut débit permet de profiler les petites molécules présentes dans les milieux de culture cellulaire. Ensuite, un dispositif de confinement microbien a été créé pour séparer la culture cellulaire de la zone analytique, permettant seulement de prélever des métabolites sans cellules. Ça aide à prévenir la contamination et permet une meilleure analyse des métabolites.

Troisièmement, un milieu de croissance spécial conçu pour l'analyse LC-MS garantit que les bons nutriments sont disponibles pour le métabolisme microbien sans interférer avec l'analyse. Enfin, une stratégie appelée analyse du flux de frontière aide à caractériser la rapidité avec laquelle les cellules consomment ou produisent différents métabolites.

Un des aspects uniques de TUNA, c'est qu'il utilise le changeur d'échantillons LC-MS comme incubateur microbien, ce qui maintient une température constante pour une croissance optimale des cellules.

#Comment TUNA fonctionne

Le système TUNA est conçu pour collecter des échantillons dans le temps tout en minimisant les problèmes habituels rencontrés dans l'analyse métabolique. Les cultures bactériennes sont cultivées dans un dispositif de confinement spécial et incubées dans un milieu de croissance défini. Les échantillons sont ensuite collectés automatiquement toutes les 50 secondes pour analyse. Ça permet aux scientifiques de voir les changements dans les niveaux de métabolites au fil du temps, ce qui aide à comprendre la dynamique du métabolisme bactérien.

Par exemple, durant une expérience de 12 heures avec E. coli, le système a pu suivre comment les bactéries sont passées de l'utilisation du glucose à d'autres métabolites au fil du temps. Ce processus automatisé a montré la production et la consommation de divers métabolites, permettant des observations détaillées du comportement bactérien.

#Comparer différentes bactéries

Avec le système TUNA, des chercheurs ont analysé le comportement métabolique de deux espèces de bactéries liées : E. coli et Proteus mirabilis, connues pour causer des infections urinaires. En examinant comment ces deux bactéries utilisaient différents nutriments au fil du temps, le système a révélé des différences notables dans les profils métaboliques entre elles.

Par exemple, on a découvert qu'E. coli produisait une molécule spécifique appelée N-acétyl-aspartate, tandis que P. mirabilis produisait cette molécule avant de l'absorber. Les vitesses auxquelles ces deux bactéries traitaient des nutriments comme l'adénine et le tryptophane variaient aussi considérablement. Le système TUNA a clairement capturé ces différences, permettant une meilleure compréhension du fonctionnement des différentes bactéries.

#Avantages de TUNA

TUNA a plusieurs avantages clés par rapport aux méthodes précédentes. Il peut suivre une large gamme de métabolites et fonctionne bien avec la chromatographie liquide pour améliorer la précision et la fiabilité des résultats. De plus, en ne injectant pas directement des cellules vivantes dans le spectromètre de masse, TUNA réduit la contamination et le colmatage, ce qui donne des données plus claires.

Le système permet aux chercheurs de surveiller une seule condition fréquemment ou plusieurs conditions à des intervalles définis. Cette flexibilité ouvre la porte à une variété d'applications, comme cartographier comment les cellules utilisent différents nutriments, observer comment les médicaments affectent le métabolisme et identifier des changements métaboliques temporaires qui pourraient ne pas être toujours présents.

#Limitations et considérations

Malgré ses avantages, il y a quelques limites au système TUNA. Comme les bactéries sont cultivées dans l'auto-échantillonneur, elles doivent être compatibles avec les conditions de gaz dans l'environnement. En plus, il faut faire attention à prévenir l'évaporation pendant l'expérience, ce qui peut affecter les résultats.

Les chercheurs ont contourné ça en ajoutant du gel d'agarose autour des puits d'échantillonnage pour aider à retenir l'humidité. Si ces limitations sont gérées, TUNA peut efficacement fournir des données précieuses sur le métabolisme dans des conditions qui imitent de près l'environnement naturel.

#Conclusion

TUNA représente un grand pas en avant dans la capacité à surveiller les changements métaboliques dans les cultures cellulaires au fil du temps. En fournissant un système qui permet un échantillonnage continu et automatisé, TUNA aide à combler le fossé dans la compréhension de la façon dont les micro-organismes réagissent à leur environnement. Cet outil novateur est prêt à améliorer nos connaissances dans divers domaines, y compris la microbiologie, le développement de médicaments et la recherche métabolique. La capacité à mesurer avec précision et efficacité les dynamiques métaboliques peut mener à des avancées dans notre compréhension et notre traitement des maladies causées par les bactéries.