Mikrofluidik: Per Lab-on-a-chip die Genexpression einzelner Bakterien verfolgen

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Bakterien: Zelluläres Gedächtnis wichtig für schnelle Anpassung

Die Leistungsfähigkeit des Chiplabors demonstrierten die Forscher an einem Modellsystem der Genregulation, dem Lac-Operon. „Wir haben mithilfe des grün fluoreszierenden Proteins beobachten können, wie sich E. coli-Bakterien an einen regelmäßigen Wechsel zwischen den Nährstoffen Glukose und Laktose anpassen. Das Lac-Operon wird seit mehr als fünfzig Jahren erforscht; dennoch konnten wir mit unseren Einzelzell-Analysen ganz neue Eigenschaften aufdecken“, sagt van Nimwegen.

Es zeigte sich: Im ersten Durchgang stellen die Bakterien ihren Stoffwechsel zeitlich verzögert, wenn auch unterschiedlich schnell auf die Laktose-Verwertung um. Bei wiederholten Wechseln von Glukose zu Laktose fand dieses Umschalten viel schneller statt, und die Zellen fingen viel eher wieder an zu wachsen. „Erstaunlicherweise ist die zeitliche Verzögerung der Reaktion bei verwandten Bakterien sehr ähnlich“, so van Nimwegen. „Demnach scheinen die Zellen das Verhalten ihrer Vorfahren in Erinnerung zu behalten.“

Mikrofluidik ermöglicht schnelle Analyse

Legionellen in Rekordzeit quantifizieren

Das Chiplabor der Basler Forscher eignet sich für ein breites Spektrum von Anwendungen. Alle relevanten Informationen zum Chip-Design und den Experimenten, die MoMA-Software zur Bildanalyse sowie die benötigten Originaldaten sind online frei zugänglich.

Originalpublikation: Matthias Kaiser, Florian Jug, Thomas Julou, Siddharth Deshpande, Thomas Pfohl, Olin Silander, Gene Myers, and Erik van Nimwegen: Monitoring single-cell gene regulation under dynamically controllable conditions with integrated microfluidics and software, Nature Communications (2018), doi: 10.1038/s41467-017-02505-0

* Dr. K. Bühler: Universität Basel, Biozentrum, 4001 Basel/Schweiz

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