Genomisk sekventeringsteknik hjælper med at forstå tarmmikrobiota en celle ad gangen

En population af mikroorganismer, der lever i vores tarm, kendt som tarmmikrobiota, spiller en afgørende rolle i at kontrollere vores stofskifte og reducere risikoen for tilstande som fedme og diabetes.

Undersøgelser har vist, at en måde at fremme væksten af ​​sådanne gavnlige mikroorganismer og modulere deres sammensætning for en sund balance er at tilføje visse former for fiber, såsom inulin, til vores kost. Imidlertid, ud af alle titusinder af billioner af mikroorganismer i tarmmikrobiota, det har været svært at afgøre, hvilken og hvordan mikroorganismer reagerer på kostfibre. Dette skyldes, at de nuværende teknikker er afhængige af tilgængeligheden af ​​referencegenomer i DNA -sekvensdatabaser til præcis taksonomisk klassificering og nøjagtige funktionelle tildelinger af specifikke organismer, men i virkeligheden, en anslået halvdel af de menneskelige tarmarter mangler et referencegenom. Ud over, eksisterende teknikker kræver timer eller endda dage for at fuldføre opgaven.

For at løse dette problem, Waseda-universitetets forskere udtænkte en ny teknik kaldet encellede amplificerede genomer i gelperler-sekventeringsplatform (SAG-gel), som kan tilvejebringe flere udkast til genomer af tarmmikrobioten på én gang og identificere bakterier, der reagerer på kostfibre på artsniveau uden behov for eksisterende referencegenomer. Hvad mere er, fordelen ved denne teknik er, at det kun tager 10 minutter at opnå udkast til genomer fra rådata for helgenomsekventering, da hver data udelukkende stammer fra individuelle mikrober. Dette fremskynder dramatisk den tid, der er nødvendig for processen.

Vores nye, encellede genom-sekventeringsteknik kan opnå hvert bakteriegene separat og karakterisere ukultiverede bakterier med specifikke funktioner i mikrobiota, og dette kan hjælpe os med at estimere metaboliske slægter, der er involveret i bakteriel gæring af fibre og metaboliske resultater i tarmen baseret på de optagne fibre. Det introducerer en forbedret og effektiv funktionel analyse af ukultiverede bakterier i tarmen. "

Masahito Hosokawa, adjunkt ved Waseda Universitets fakultet for naturvidenskab og teknik og tilsvarende forfatter til denne undersøgelse

Hvad forskerne gjorde var at fodre mus med en inulinbaseret diæt i to uger og brugte teknikken til tilfældigt at indfange individuelle bakterieceller fundet i musens fækale prøver i små gelperler. Bakteriecellerne blev derefter individuelt behandlet i gelperlerne, der flyder i et reagensglas, og mere end 300 encellede amplificerede genomer (SAG'er), eller genomer fra en encellet organisme, såsom bakterier, blev opnået ved massivt parallel sekventering. Fordi hver SAG i gennemsnit består af titusinder af læsninger, det muliggør ekstremt omkostningseffektiv helgenomsekvensering af målceller. Efter kvalitetskontrol og klassificering af SAG'erne, forskerne fastslog, hvilke bakterier der var ansvarlige for at nedbryde inulin og udvinde energi fra det.

"Ifølge vores resultater, den inulinrige kost øgede aktiviteter af Bacteroides arter inde i musetarmen, "Forklarer Hosokawa." Også, fra udkast til genomer af nyfundne Bacteroides arter, vi opdagede den specifikke genklynge til nedbrydning af inulin og den specifikke metaboliske vej til produktion af specifikke kortkædede fedtsyrer, en metabolit, der produceres af tarmmikrobiota. Fund som disse vil hjælpe forskere i fremtiden med at forudsige metabolisk gæring af kostfibre baseret på tilstedeværelsen og evnen hos de specifikke respondenter. "

Denne teknik kan anvendes på bakterier, der lever overalt, om det er inde i den menneskelige tarm, i havet, eller endda i jord. Selvom der er behov for at forbedre dens nøjagtighed, da det anses for svært at læse DNA -sekvensen for nogle genregioner, Hosokawa håber, at denne teknik vil blive anvendt i medicin og industri og blive udnyttet til at forbedre menneskers og dyrs sundhed.

Deres resultater blev offentliggjort i Mikrobiom den 23. januar, 2020.

• Rhizosfære mikrobiom kan systemisk forme og kontrollere rodudskillelse
• Fluemodel kunne hjælpe med at lægge grundlaget for nye terapier til bekæmpelse af vanskeligt patogen