Az új technika orvosilag és ökológiailag releváns baktériumcsoportokat talál

Az új módszer azonosítja az ökológiai és orvosi szempontból releváns baktériumcsoportokat.

A növények és állatok körében a fajok azonosítása teljes munkaidőben foglalkozott néhány biológus számára, de a feladat még ijesztőbb a bolygót lakó számtalan mikrobák számára. Most, Az MIT kutatói kifejlesztettek egy egyszerű génáramlás -mérést, amely meghatározhatja a baktériumok és az archeák ökológiailag fontos populációit, beleértve az emberi betegségekhez kapcsolódó populációk pontos meghatározását.

A génáramlási mutató elválasztja az együtt élő mikrobákat genetikailag és ökológiailag elkülönülő populációkban, Martin Polz, az MIT civil és környezetmérnöki professzora, és kollégái írják a augusztus 8 -i számában Sejt.

Polz és kollégái kidolgoztak egy módszert is a genom azon részeinek azonosítására ezekben a populációkban, amelyek különböző adaptációkat mutatnak, amelyeket különböző környezetekre lehet leképezni. Amikor egy bélbaktériumon tesztelték a megközelítésüket, például, képesek voltak megállapítani, hogy a baktériumok különböző populációi egészséges személyekkel és Crohn -betegségben szenvedő betegekkel vannak kapcsolatban.

A biológusok gyakran egy fajnak nevezik a növények vagy állatok csoportját, ha a csoport reproduktív módon el van szigetelve másoktól - azaz a csoport egyedei képesek reprodukálni egymást, de nem tudnak másokkal szaporodni. Ennek eredményeként egy faj tagjai olyan génkészletet osztanak meg, amely különbözik a többi fajtól. Az evolúciós elmélet nagy része a fajokra és populációkra összpontosít, egy faj képviselői egy adott területen.

De a mikrobák "dacolnak a növények és állatok klasszikus fajkoncepciójával, - magyarázza Polz. A mikrobák hajlamosak ivartalanul szaporodni, egyszerűen kettéosztják magukat, ahelyett, hogy génjeiket más egyedekkel egyesítenék, hogy utódokat hozzanak létre. A mikrobák arról is híresek, hogy "környezeti forrásokból veszik fel a DNS -t, például vírusok, "A vírusok átvihetik a DNS -t a mikrobiális sejtekbe, és a DNS beépülhet a genomjukba."

Ezek a folyamatok megnehezítik az együtt élő mikrobák genetikai összetételük alapján különálló populációkba való csoportosítását. "Ha nem tudjuk azonosítani ezeket a populációkat a mikrobákban, nem tudjuk egyénenként alkalmazni ezt a gazdag ökológiai és evolúciós elméletet, amelyet növényekre és állatokra fejlesztettek ki, a mikrobákra, - mondja Polz.

Ha a kutatók meg akarják mérni az ökoszisztéma ellenálló képességét a környezeti változásokkal szemben, például, megnézhetik, hogy a fajok populációi hogyan változnak az idő múlásával. "Ha nem tudjuk, mi a faj, nagyon nehéz mérni és értékelni az ilyen típusú zavarokat, " - teszi hozzá.

A génáramlás mércéje

Martin és kollégái úgy döntöttek, hogy más módszert keresnek a mikrobák ökológiailag értelmes populációinak meghatározására. Philip Arevalo mikrobiológiai végzős hallgató vezetésével a kutatók kidolgoztak egy génáramlási mutatót, amelyet PopCOGenT -nek (Population as Clusters Of Gene Transfer) neveztek.

A PopCOGenT a közelmúltbeli génáramlást vagy génátvitelt méri a közeli rokon genomok között. Általánosságban, azoknak a mikrobiális genomoknak, amelyek nemrégiben DNS -t cseréltek, hosszabb és gyakoribb azonos DNS -szakaszokat kell megosztaniuk, mintha az egyének csak szaporodnának, kettéosztva DNS -üket. A közelmúlt ilyen cseréje nélkül, a kutatók azt javasolták, az azonos DNS ezen közös szakaszainak hossza lerövidülne, mivel a mutációk új "betűket" illesztenek be a szakaszba.

Két mikrobiális törzs, amelyek genetikailag nem azonosak egymással, de azonos méretű DNS -darabokkal rendelkeznek, valószínűleg több genetikai anyagot cserélnek egymással, mint más törzsekkel. Ez a génáramlás -mérés különböző mikrobiális populációkat határozhat meg, ahogyan a kutatók három különböző baktériumfajta vizsgálata során felfedezték.

Ban ben Vibrió baktérium baktériumok, például, a közeli rokon populációk megoszthatnak néhány alapvető génszekvenciát, de teljesen elszigeteltnek tűnnek egymástól, ha a legutóbbi génáramlás ezen mérésén keresztül nézzük, Polz és kollégái megtalálták.

Polz szerint a PopCOGenT módszer jobban működhet a mikrobapopulációk meghatározásában, mint a korábbi tanulmányok, mivel a közeli rokon élőlények közelmúltbeli génáramlására összpontosít, ahelyett, hogy olyan génáramlási eseményeket tartalmazna, amelyek több ezer éve történtek a múltban.

A módszer azt is sugallja, hogy míg a mikrobák folyamatosan különböző DNS -t vesznek be a környezetükből, ami elfedheti a génáramlási mintákat, "előfordulhat, hogy ezt az eltérő DNS -t valóban nagyon gyorsan eltávolítja a populációkból történő kiválasztás, - mondja Polz.

Fordított ökológiai megközelítés

David VanInsberghe, a mikrobiológia végzős hallgatója ezután egy "fordított ökológiai" megközelítést javasolt, amely azonosíthatja a genom azon régióit ezekben az újonnan meghatározott populációkban, amelyek "szelektív söprést" mutatnak - azokat a helyeket, ahol a DNS -variáció csökken vagy megszűnik, valószínűleg az adott természetes genetikai változat erős természetes szelekciója következtében.

A populációkon belüli konkrét söprések azonosításával, és ezen populációk eloszlásának feltérképezése, a módszer felfedhet olyan lehetséges alkalmazkodásokat, amelyek arra késztetik a mikrobákat, hogy egy adott környezetben vagy gazdaszervezetben éljenek - a környezetük előzetes ismerete nélkül. Amikor a kutatók ezt a megközelítést tesztelték a bélbaktériumban Ruminococcus gnavus , felfedezték a mikrobák külön populációit, amelyek egészséges emberekhez és Crohn -betegségben szenvedő betegekhez kapcsolódnak.

Polz szerint a fordított ökológiai módszert valószínűleg a közeljövőben alkalmazzák az emberi testben élő baktériumok teljes sokféleségének tanulmányozására. "Nagy érdeklődés övezi a közeli rokon organizmusok szekvenálását az emberi mikrobiomon belül, és keresni kell az egészségügyi és betegségek összefüggéseit, és az adatkészletek nőnek. "

Reméli, hogy a módszer segítségével megvizsgálja a mikrobák "rugalmas genomját". Törzsek E. coli baktériumok, például, génjeik mintegy 40 százalékát egy „alapvető genomban” osztják meg, "míg a többi 60 százalék - a rugalmas rész - a törzsek között változik." Számomra ez az egyik legnagyobb kérdés a mikrobiológiában:Miért olyan változatosak ezek a genomok géntartalmukban? " - magyarázza Polz." Ha már meg tudjuk határozni a populációkat evolúciós egységekként, az evolúciós folyamatok fényében értelmezhetjük a gének gyakoriságát ezekben a populációkban. "

Polz és munkatársai megállapításai növelhetik a mikrobák sokféleségére vonatkozó becsléseket, - mondja Marx. "Azt hiszem, nagyon jó ebben a Martin -csoport megközelítésben az, hogy valójában azt sugallják, hogy a látott bonyolultság még összetettebb, mint amennyire elismerjük. Lehet, hogy még több típus létezik, amelyek ökológiai szempontból fontosak, olyan dolgokat, amelyeket ha növények és állatok lennének, fajoknak neveznénk őket. "

A lap további MIT -szerzői közé tartozik Joseph Elsherbini és Jeff Gore. A kutatást támogatták, részben, a Nemzeti Tudományos Alapítvány és a Simons Alapítvány.

• A hepatitis C vírusellenes szerei közel felére csökkentik a máj okozta halálozást,
• Új módszer az eozinofilekkel kapcsolatos rendellenességekben előforduló gyulladások azonosítására