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Indem es Wissenschaftlern hilft zu verstehen, wie sich tRNA im Mikrobiom dynamisch verändert, Die neuartige Sequenzierungsstrategie wird viel bessere Einblicke in die Reaktion von Mikrobiomen in der Natur auf Umweltveränderungen wie Temperaturschwankungen oder Änderungen der Nährstoffverfügbarkeit liefern.
Die Arbeit ist das erste von mehreren Projekten von UChicago, gefördert durch die Keck-Stiftung, die sich auf Mikrobiome konzentrieren.
Mikrobiome sind heute ein Gebiet intensiver Forschung, aufgrund ihrer grundlegenden und weitreichenden Rolle bei Gesundheit und Krankheit.
Die Mannschaft, geleitet von den Professoren Tao Pan und A. Murat Eren, entwickelte neue Werkzeuge zur Untersuchung von Transfer-RNA (tRNA) im Darmmikrobiom von Mäusen. Die aktuelle Studie berichtete, wie die tRNA-Sequenzierung auf Proben aus dem Darmmikrobiom von Mäusen angewendet wurde, die entweder eine fettreiche oder fettarme Diät erhielten.
Es verwendete neu entwickelte Software und Computerwerkzeuge, um eine Bibliothek von tRNA-Molekülen aus den Darmproben von Mäusen zu erstellen.
Anschließend wurden die Bakterien identifiziert, aus denen diese tRNA-Moleküle stammten. Schließlich, bestimmte posttranskriptionelle Modifikationen, die in der tRNA auftraten, wurden nachgewiesen und gemessen.
Dr. Pan war verantwortlich für die Entwicklung der tRNA-Sequenzierungstools, während Eren an den Rechenplattformen arbeitete, die diese Werkzeuge allgemeiner verfügbar machen sollen.
Die tRNA-Sequenzierung ist ein unschätzbares Werkzeug, um auf kostengünstige Weise große Datenmengen zu erhalten. um eine tiefere Erforschung der Aktivität von Mikrobiomen im Menschen oder in seiner Umgebung zu ermöglichen.
Bakterielle tRNA-Moleküle werden auf ihre spezifische Funktion abgestimmt, indem posttranskriptionelle Modifikationen eingeführt werden. davon durchschnittlich acht pro tRNA-Molekül.
Die in diesem Projekt verwendeten Tools sind in der Lage, zwei Modifikationen in einem Hochdurchsatz-Sequenzierungs- und Analyseworkflow zu erkennen. Außerdem, es kann den Grad, bis zu dem diese Modifikation vorhanden ist, auf einer Skala von 0 bis 100 an jeder der modifizierten Stellen skalieren.
Eine der Modifikationen heißt m1A und wurde im Darmmikrobiom von Mäusen bei einer fettreichen Ernährung vermehrt nachgewiesen. Dies ist eine historische Entdeckung, Dies ist das erste Mal, dass solche Veränderungen auf der Ebene der Modifikation der tRNA nachgewiesen werden konnten, in jedem Mikrobiom was auch immer.
Die Wissenschaftler geben zu, dass sie nicht wissen, was das Vorhandensein der m1A-Modifikationen für das Mikrobiom eigentlich bedeutet. In einem Sinn, sie verfolgen den biologischen Prozess zurück, um die Bedeutung solcher Modifikationen zu entdecken.
Es ist bekannt, dass m1A die Synthese einiger Proteine ermöglicht, die manchmal in höheren Konzentrationen im Darm von Mäusen vorhanden sind, die mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden. Jedoch, Es ist nicht klar, ob die festgestellten Unterschiede in den Spiegeln der m1A-Modifikation Teil der Mausreaktion auf diese Nahrung sind, oder wenn die bereits vorhandene Modifikation lediglich aktiviert wurde, um die Proteinproduktion zu erhöhen.
In den letzten zwanzig Jahren, viele Entwicklungen haben in der Molekulartechnologie und in der Berechnung stattgefunden. Trotz dieses, Die Forscher kommentieren, dass diese Fortschritte uns nur oberflächliches Wissen über mikrobielle Lebensprozesse und wie sie mit ihrer Umwelt interagieren, gebracht haben.
Der Vorteil der neuen tRNA-Sequenzierungstechnologie ist ihre Fähigkeit, eine schnelle und relativ kostengünstige Methode zur Untersuchung der Funktionsweise der Translation im Kern bereitzustellen.
Dies könnte möglicherweise viel mehr Einblicke in die Reaktion von Mikroben auf kleine Veränderungen in der Umwelt geben. insbesondere solche, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu beurteilen sind.
Zusätzlich, die Verwendung dieser Werkzeuge bringt ein besseres Wissen über die RNA-Struktur und -Funktion, sowie von epigenetischen Veränderungen der RNA, in das schnell wachsende Gebiet der Mikrobiomstudien.
Die Autoren freuen sich auf eine umfassendere und schnellere Entwicklung der von ihnen entwickelten tRNA-Sequenzierungsstrategie.
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Mikrobiomaktivitäten zu untersuchen, aber nichts ist schneller und bringt Ihnen mehr Datenvolumen als die Sequenzierung. Hier haben wir eine neue Methode entwickelt, die die Aktivität des Mikrobioms über tRNA meldet und dies bei hohem Durchsatz tut. Das ist wirklich der Wert."
Professor Tao Pan, Leitender Forscher
Die Studie wurde heute veröffentlicht in Naturkommunikation .
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