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En aidant les scientifiques à comprendre comment l'ARNt change dynamiquement dans les microbiomes, la nouvelle stratégie de séquençage fournira une bien meilleure idée de la façon dont les microbiomes trouvés dans la nature réagissent aux changements environnementaux tels que les variations de température ou les changements dans la disponibilité des nutriments.
Le travail est le premier de plusieurs projets de UChicago, financé par la Fondation Keck, qui se concentrent sur les microbiomes.
Les microbiomes sont aujourd'hui un domaine de recherche intensive, en raison de leur rôle fondamental et étendu dans la santé et la maladie.
L'équipe, dirigé par les professeurs Tao Pan et A. Murat Eren, développé de nouveaux outils visant à étudier l'ARN de transfert (ARNt) dans les microbiomes intestinaux de la souris. La présente étude a rapporté comment le séquençage de l'ARNt a été appliqué à des échantillons du microbiome intestinal de souris qui suivaient un régime riche ou pauvre en graisses.
Il a utilisé des logiciels et des outils de calcul nouvellement développés pour générer une bibliothèque de molécules d'ARNt à partir d'échantillons d'intestin de souris.
Les bactéries d'où provenaient ces molécules d'ARNt ont ensuite été identifiées. Finalement, certaines modifications post-transcriptionnelles survenues dans l'ARNt ont été détectées et mesurées.
Le Dr Pan était responsable du développement des outils de séquençage de l'ARNt, tandis qu'Eren a travaillé sur les plates-formes de calcul destinées à rendre ces outils plus largement disponibles.
Le séquençage de l'ARNt est un outil précieux pour obtenir de gros volumes de données de manière rentable, pour permettre une exploration plus approfondie de l'activité des microbiomes trouvés chez l'homme ou dans son environnement.
Les molécules d'ARNt bactériennes sont affinées pour leur fonction spécifique en introduisant des modifications post-transcriptionnelles, dont il y en a en moyenne huit par molécule d'ARNt.
Les outils utilisés dans ce projet sont capables de détecter deux modifications dans un workflow de séquençage et d'analyse à haut débit. De plus, il peut échelonner le degré de présence de cette modification sur une échelle de 0 à 100 à chacun des sites modifiés.
L'une des modifications s'appelle m1A et s'est avérée être augmentée dans le microbiome intestinal des souris suivant un régime riche en graisses. C'est une découverte historique, marquant la toute première fois que de tels changements ont pu être détectés au niveau de la modification de l'ARNt, dans n'importe quel microbiome.
Les scientifiques admettent qu'ils ne savent pas ce que la présence des modifications m1A signifie réellement pour le microbiome. Dans un sens, ils retracent le processus biologique en amont pour découvrir la signification de telles modifications.
On sait que m1A permet la synthèse de certaines protéines parfois présentes à des niveaux plus élevés dans les intestins de souris nourries avec un régime riche en graisses. Cependant, il n'est pas clair si les différences détectées dans les niveaux de la modification m1A font partie de la réaction de la souris à ce régime, ou si la modification déjà existante était simplement activée pour augmenter la production de protéines.
Au cours des vingt dernières années, de nombreux développements ont eu lieu dans la technologie moléculaire et le calcul. Malgré cela, les chercheurs remarquent que ces progrès ne nous ont apporté qu'une connaissance superficielle des processus de la vie microbienne et de la façon dont ils interagissent avec leur environnement.
L'avantage de la nouvelle technologie de séquençage de l'ARNt est sa capacité à fournir une méthode rapide et relativement peu coûteuse pour explorer le fonctionnement de la traduction en son cœur.
Cela pourrait potentiellement donner beaucoup plus d'informations sur la façon dont les microbes réagissent à la suite de petits changements dans l'environnement, en particulier ceux qui sont difficiles à évaluer par les méthodes traditionnelles.
En outre, l'utilisation de ces outils apporte une meilleure connaissance de la structure et de la fonction de l'ARN, ainsi que des modifications épigénétiques de l'ARN, dans le territoire en pleine expansion des études sur le microbiome.
Les auteurs attendent avec impatience un développement plus étendu et plus rapide de la stratégie de séquençage de l'ARNt dont ils ont été les pionniers.
Il existe plusieurs façons d'examiner les activités du microbiome, mais rien n'est plus rapide et vous procure plus de volume de données que le séquençage. Ici, nous avons développé une nouvelle méthode qui rapporte l'activité du microbiome via l'ARNt et le fait à haut débit. C'est vraiment la valeur."
Professeur Tao Pan, Chercheur principal
L'étude a été publiée aujourd'hui dans Communication Nature .
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