Nauja technika nustato mediciniškai ir ekologiškai svarbias bakterijų grupes

Naujas metodas nustato ekologiškai ir mediciniškai svarbias bakterijų grupes.

Kai kurių biologų rūšių nustatymas tarp augalų ir gyvūnų buvo nuolatinis užsiėmimas, tačiau užduotis yra dar labiau bauginanti daugybę planetoje gyvenančių mikrobų. Dabar, MIT tyrėjai sukūrė paprastą genų srauto matavimą, kuris gali apibrėžti ekologiškai svarbias bakterijų ir archajų populiacijas, įskaitant populiacijų, susijusių su žmonių ligomis, nustatymą.

Genų srauto metrika atskiria kartu esančius mikrobus genetiškai ir ekologiškai skirtingose ​​populiacijose, Martinas Polzas, MIT civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorius, ir kolegos rašo rugpjūčio 8 d Ląstelė.

Polzas ir jo kolegos taip pat sukūrė metodą, kaip nustatyti šių populiacijų genomo dalis, kurios rodo skirtingas adaptacijas, kurios gali būti susietos su skirtingomis aplinkomis. Kai jie išbandė savo požiūrį į žarnyno bakteriją, pavyzdžiui, jie galėjo nustatyti, kad skirtingos bakterijų populiacijos buvo susijusios su sveikais asmenimis ir Krono liga sergančiais pacientais.

Biologai augalų ar gyvūnų grupę dažnai vadina rūšimi, jei grupė reprodukciniu požiūriu yra izoliuota nuo kitų, tai yra, grupės asmenys gali daugintis tarpusavyje, bet jie negali daugintis su kitais. Kaip rezultatas, rūšies nariai turi bendrų genų rinkinį, kuris skiriasi nuo kitų rūšių. Daugelis evoliucijos teorijų yra susijusios su rūšimis ir populiacijomis, rūšies atstovai tam tikroje vietovėje.

Tačiau mikrobai „prieštarauja klasikinei augalų ir gyvūnų rūšių koncepcijai, "Polzas paaiškina. Mikrobai linkę daugintis aseksualiai, tiesiog padalija save į dvi dalis, o ne sujungia savo genus su kitais asmenimis, kad susilauktų palikuonių. Mikrobai taip pat garsėja tuo, kad „paima DNR iš aplinkos šaltinių, pavyzdžiui, virusai, "Jis sako." Virusai gali perkelti DNR į mikrobines ląsteles ir kad DNR gali būti įtraukta į jų genomus. "

Dėl šių procesų sunku suskirstyti kartu esančius mikrobus į atskiras populiacijas, atsižvelgiant į jų genetinę sudėtį. "Jei negalime nustatyti šių mikrobų populiacijų, negalime vienas prieš vieną pritaikyti visos šios turtingos ekologinės ir evoliucinės teorijos, sukurtos augalams ir gyvūnams, mikrobams, “ - sako Polzas.

Jei mokslininkai nori išmatuoti ekosistemos atsparumą aplinkos pokyčiams, pavyzdžiui, jie gali pažvelgti į tai, kaip laikui bėgant keičiasi rūšių populiacijos. „Jei nežinome, kas yra rūšis, labai sunku išmatuoti ir įvertinti tokio tipo sutrikimus, “ - priduria jis.

Genų srauto etalonas

Martinas ir jo kolegos nusprendė ieškoti kito būdo, kaip apibrėžti ekologiškai reikšmingas mikrobų populiacijas. Jai vadovauja mikrobiologijos magistrantas Philipas Arevalo, mokslininkai sukūrė genų srauto metriką, kurią pavadino „PopCOGenT“ (populiacijos kaip genų perdavimo klasteriai).

„PopCOGenT“ matuoja naujausią genų srautą arba genų perdavimą tarp artimai susijusių genomų. Apskritai, mikrobų genomai, kurie pastaruoju metu pasikeitė DNR, turėtų dalytis ilgesnėmis ir dažnesnėmis identiškos DNR atkarpomis, nei tuo atveju, jei individai tiesiog daugintųsi, padalindami savo DNR į dvi dalis. Be tokių naujausių mainų, tyrėjai pasiūlė, šių bendrų identiškų DNR atkarpų ilgis sutrumpėtų, nes mutacijos į ruožą įterpia naujas „raides“.

Dvi mikrobų padermės, kurios nėra genetiškai identiškos viena kitai, tačiau turi daug identiškų DNR „gabalėlių“, tikriausiai keičiasi viena su kita daugiau genetinės medžiagos nei su kitomis padermėmis. Šis genų srauto matavimas gali apibrėžti atskiras mikrobų populiacijas, kaip tyrėjai atrado atlikdami trijų skirtingų rūšių bakterijų tyrimus.

In Vibrio bakterijos, pavyzdžiui, glaudžiai susijusios populiacijos gali dalintis kai kuriomis pagrindinėmis genų sekomis, tačiau jie atrodo visiškai izoliuoti vienas nuo kito, kai žiūrima matuojant pastarųjų genų srautą, Polzas ir jo kolegos rado.

Polzas sako, kad „PopCOGenT“ metodas gali geriau apibrėžti mikrobų populiacijas nei ankstesni tyrimai, nes jame pagrindinis dėmesys skiriamas naujausiam genų srautui tarp artimai susijusių organizmų, o ne įtraukti genų srauto įvykius, kurie galėjo įvykti tūkstančius metų praeityje.

Šis metodas taip pat rodo, kad nors mikrobai nuolat iš aplinkos ima skirtingą DNR, o tai gali užtemdyti genų srauto modelius, „Gali būti, kad ši skirtinga DNR iš tikrųjų labai greitai pašalinama atrenkant populiacijas, “ - sako Polzas.

Atvirkštinis ekologinis požiūris

Mikrobiologijos magistrantas Davidas VanInsberghe tada pasiūlė „atvirkštinės ekologijos“ metodą, pagal kurį būtų galima nustatyti genomo regionus šiose naujai apibrėžtose populiacijose, kuriose rodomi „selektyvūs šlavimai“ - vietos, kuriose sumažėja arba pašalinama DNR variacija, greičiausiai dėl stiprios natūralios atrankos tam tikram naudingam genetiniam variantui.

Nustačius konkrečius populiacijų šlavimus, ir nustatyti šių populiacijų pasiskirstymą, metodas gali atskleisti galimus prisitaikymus, kurie skatina mikrobus gyventi tam tikroje aplinkoje ar šeimininke - be jokių išankstinių žinių apie jų aplinką. Kai tyrėjai išbandė šį metodą žarnyno bakterijoje Ruminococcus gnavus , jie atskleidė atskiras mikrobų populiacijas, susijusias su sveikais žmonėmis ir Krono liga sergančiais pacientais.

Polzas sako, kad artimiausiu metu greičiausiai bus pritaikytas atvirkštinės ekologijos metodas, tiriant visą žmogaus organizme gyvenančių bakterijų įvairovę. „Yra didelis susidomėjimas sekti artimai susijusius organizmus žmogaus mikrobiome ir ieškoti sveikatos ir ligų asociacijų, ir duomenų rinkiniai auga “.

Jis tikisi pasinaudoti šiuo metodu, kad ištirtų mikrobų „lankstų genomą“. Padermės E. coli bakterijos, pavyzdžiui, apie 40 procentų savo genų dalijasi „pagrindiniame genome“, "o kiti 60 procentų - lanksti dalis - skiriasi nuo padermių". tai vienas iš didžiausių mikrobiologijos klausimų:kodėl šių genomų genų turinys toks įvairus? " - aiškina Polzas. - Kai galime apibrėžti populiacijas kaip evoliucinius vienetus, mes galime interpretuoti genų dažnius šiose populiacijose, atsižvelgiant į evoliucinius procesus ".

Polzo ir kolegų išvados gali padidinti mikrobų įvairovės įvertinimą, sako Marksas. "Manau, kad šis Martino grupės požiūris yra tikrai šaunus, nes jie iš tikrųjų rodo, kad mūsų matomas sudėtingumas yra dar sudėtingesnis, nei mes jam suteikiame. Gali būti dar daugiau tipų, kurie yra ekologiškai svarbūs, dalykus, kuriuos, jei jie būtų augalai ir gyvūnai, vadintume rūšimis “.

Kiti dokumento MIT autoriai yra Joseph Elsherbini ir Jeff Gore. Tyrimas buvo paremtas, iš dalies, Nacionalinis mokslo fondas ir Simons fondas.

• Antivirusiniai vaistai nuo hepatito C sumažina su kepenimis susijusių mirčių beveik perpus,
• Naujas būdas nustatyti uždegimą, atsirandantį esant su eozinofilais susijusiems sutrikimams