Ученые из Медицинской школы Икан на горе Синай, Нью-Йоркского университета и Университета Флориды 13.12.2017 опубликовали отчет в журнале Nature Biotechnology с подробным описанием своего нового, более точного метода идентификации отдельных микробных видов и штаммов. Этот метод может помочь в анализе микробиома с дальнейшим применением полученной информации в клинической практике.
Микробиомы — это сообщества бактерий, вирусов и других микроорганизмов, которые можно встретить буквально повсюду, начиная от клавиатур и телефонов и заканчивая нашими кишечниками, ртами и пр. Нарушение естественного микробиома связывают с ухудшением состояния здоровья, включая инфекционные заболевания, онкологию и аутоиммунные расстройства, такие как болезнь Крона, язвенный колит и диабет. Успешный анализ микробиомов заключается в том, чтобы идентифицировать отдельные виды и штаммы, живущие в той или иной среде.
На сегодняшний день большинство методов идентификации микроорганизмов не могут обеспечить достоверность и точность получаемой с помощью них информации. Например, один вид может быть классифицирован только как часть его более широкой генетической семьи, а не быть идентифицированным «самостоятельно». Существующие методы также неэффективны в характеристике важного класса генетических материалов, которые могут перемещаться между различными видами бактерий (мобильные генетические элементы).
В этой новой работе ученые использовали технологию одномолекулярного секвенирования в реальном времени и новые вычислительные инструменты для классифицирования микробов, анализируя как их генетический код, так и образцы метилирования (модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК). Этот комплексный подход оказался более точным, чем стандартные протоколы. Важно отметить, что этот метод обеспечивает новый способ связывания мобильных генетических элементов с их бактериальными хозяевами, позволяя ученым более точно прогнозировать вирулентность, устойчивость к антибиотикам и другие биологически и клинически важные признаки отдельных видов и штаммов бактерий.
Биомедицинскому сообществу давно необходим метод анализа микробиома, способный с высокой точностью различать отдельные виды и штаммы бактерий
Мы обнаружили, что образцы метилирования ДНК можно использовать в качестве высокоинформативных натуральных «штрих-кодов» с целью иметь возможность различать микробные виды друг от друга и помочь связать мобильные генетические элементы с геномами хозяина, чтобы достичь более точного анализа микробиома.
Gang Fang, доцент кафедры генетики и геномики Медицинской школы Икан на горе Синай
В экспериментальных проектах, использующих как синтетические, так и реальные образцы микробиомов, ученые смогли отличить даже близкие между собой виды и штаммы бактерий. Они использовали образцы метилирования для объединения похожих последовательностей ДНК, обеспечивая более целостную информацию об отдельных микроорганизмах. Команда проверила этот метод в микробиомах с низкой и средней степенью сложности и в настоящее время разрабатывает более передовые технологии для эффективного идентификации бактерий в сообществах высокой сложности, таких как экологические микробиомы.
Этот проект демонстрирует вариативность и способность одновременно анализировать многие типы данных.
Биология — сложная наука, и наши методы позволят предоставить научному сообществу информацию, полезную для лечения многих заболеваний.
