La técnica de secuenciación genómica ayuda a comprender la microbiota intestinal una célula a la vez

Una población de microorganismos que viven en nuestro intestino, conocida como la microbiota intestinal, juega un papel crucial en el control de nuestro metabolismo y en la reducción del riesgo de enfermedades como la obesidad y la diabetes.

Los estudios han demostrado que una forma de promover el crecimiento de estos microorganismos beneficiosos y modular su composición para un equilibrio saludable es agregar ciertas formas de fibra, como la inulina, a nuestra dieta. Sin embargo, de todas las decenas de billones de microorganismos en la microbiota intestinal, Ha sido difícil determinar cuáles y cómo responden los microorganismos a la fibra dietética. Esto se debe a que las técnicas actuales se basan en la disponibilidad de genomas de referencia en las bases de datos de secuencias de ADN para una clasificación taxonómica precisa y asignaciones funcionales precisas de organismos específicos. pero en la actualidad, Se estima que la mitad de las especies intestinales humanas carecen de un genoma de referencia. Además, Las técnicas existentes requieren horas o incluso días para completar la tarea.

Para abordar este problema, Los científicos de la Universidad de Waseda idearon una técnica novedosa llamada genomas amplificados de una sola célula en plataforma de secuenciación de perlas de gel (SAG-gel), que puede proporcionar varios borradores de genomas de la microbiota intestinal a la vez e identificar bacterias que responden a la fibra dietética a nivel de especie sin necesidad de genomas de referencia existentes. Y lo que es más, la ventaja de esta técnica es que solo se necesitan 10 minutos para obtener los genomas en borrador a partir de los datos sin procesar de la secuenciación del genoma completo, ya que cada dato se deriva puramente de microbios individuales. Esto acelera drásticamente el tiempo necesario para el proceso.

Nuestro nuevo, La técnica de secuenciación del genoma unicelular permite obtener cada genoma bacteriano por separado y caracterizar bacterias no cultivadas con funciones específicas en la microbiota. y esto puede ayudarnos a estimar los linajes metabólicos involucrados en la fermentación bacteriana de la fibra y los resultados metabólicos en el intestino en función de las fibras ingeridas. Introduce un análisis funcional mejorado y eficiente de bacterias no cultivadas en el intestino ".

Masahito Hosokawa, profesor asistente de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Waseda y autor correspondiente de este estudio

Lo que hicieron los científicos fue alimentar a los ratones con una dieta a base de inulina durante dos semanas y utilizaron la técnica para capturar al azar las células bacterianas individuales que se encuentran en las muestras fecales de los ratones en pequeñas perlas de gel. A continuación, las células bacterianas se procesaron individualmente en las perlas de gel que flotaban en un tubo de ensayo. y más de 300 genomas amplificados unicelulares (SAG), o genomas de un organismo unicelular como bacterias, se obtuvieron mediante secuenciación masivamente paralela. Debido a que cada SAG se compone de decenas de miles de lecturas en promedio, permite la secuenciación del genoma completo de células diana extremadamente rentable. Después del control de calidad y la clasificación de los SAG, los científicos determinaron qué bacterias eran responsables de descomponer la inulina y extraer energía de ella.

"Según nuestros resultados, la dieta rica en inulina aumentó las actividades por Bacteroides especies dentro del intestino del ratón, "Hosokawa explica". Además, del borrador de genomas de recién encontrados Bacteroides especies, Descubrimos el grupo de genes específicos para descomponer la inulina y la vía metabólica específica para la producción de ácidos grasos de cadena corta específicos. un metabolito producido por la microbiota intestinal. Hallazgos como estos ayudarán a los científicos en el futuro a predecir la fermentación metabólica de las fibras dietéticas en función de la presencia y capacidad de los respondedores específicos ".

Esta técnica podría aplicarse a bacterias que viven en cualquier lugar, ya sea dentro del intestino humano, en el océano, o incluso en el suelo. Aunque existe la necesidad de mejorar su precisión, ya que se considera difícil leer la secuencia de ADN de algunas regiones genéticas, Hosokawa espera que esta técnica se aplique en la medicina y la industria y se explote para mejorar la salud humana y animal.

Sus hallazgos fueron publicados en Microbioma el 23 de enero 2020.

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