RNA -sekvensering gir ny innsikt i mikrobiomet

Forskere ved University of Chicago har kommet med en revolusjonerende strategi for å studere aktiviteten til tarmmikrobiomet-ved å bruke sekvensering av tRNA med høy gjennomstrømning.

Alpha Tauri 3D -grafikk | Shutterstock

Ved å hjelpe forskere til å forstå hvordan tRNA endres dynamisk i mikrobiomer, den nye sekvenseringsstrategien vil gi mye bedre innsikt i hvordan mikrobiomer som finnes i naturen reagerer på miljøendringer som temperaturvariasjoner eller endringer i tilgjengeligheten av næringsstoffer.

Arbeidet er det første av flere prosjekter fra UChicago, finansiert av Keck Foundation, som fokuserer på mikrobiomer.

Mikrobiomer er et område med intensiv forskning i dag, på grunn av deres grunnleggende og omfattende rolle i helse og sykdom.

Teamet, ledet av professorene Tao Pan og A. Murat Eren, utviklet nye verktøy som tar sikte på å studere overførings -RNA (tRNA) i musens tarmmikrobiomer. Den nåværende studien rapporterte hvordan tRNA-sekvensering ble brukt på prøver fra tarmmikrobiomet til mus som enten hadde et fettrikt eller lite fett diett.

Den brukte nyutviklet programvare og beregningsverktøy for å generere et bibliotek med tRNA -molekyler fra musens tarmprøver.

Bakteriene som disse tRNA -molekylene kom fra ble deretter identifisert. Endelig, visse post-transkripsjonelle modifikasjoner som skjedde i tRNA ble oppdaget og målt.

Dr. Pan var ansvarlig for å utvikle tRNA -sekvenseringsverktøyene, mens Eren jobbet med beregningsplattformene som er ment å gjøre disse verktøyene mer allment tilgjengelige.

tRNA-sekvensering er et uvurderlig verktøy for å skaffe store datamengder på en kostnadseffektiv måte, å tillate dypere utforskning av aktiviteten til mikrobiomer som finnes hos mennesker eller i omgivelsene.

Bakterielle tRNA-molekyler er finjustert for deres spesifikke funksjon ved å innføre post-transkripsjonelle modifikasjoner, hvorav det i gjennomsnitt er åtte per tRNA -molekyl.

Verktøyene som brukes i dette prosjektet er i stand til å oppdage to modifikasjoner i en arbeidsflyt med sekvensering og analyse med høy gjennomstrømning. Videre, den kan skalere i hvilken grad denne modifikasjonen er tilstede på en skala fra 0 til 100 på hvert av de modifiserte nettstedene.

En av modifikasjonene kalles m1A og ble funnet å være økt i tarmmikrobiomene til mus på et fettrikt kosthold. Dette er en historisk oppdagelse, markerer første gang slike endringer har blitt påvist på nivået av modifikasjon av tRNA, i et hvilket som helst mikrobiom.

Forskerne innrømmer at de ikke vet hva tilstedeværelsen av m1A -modifikasjonene faktisk betyr for mikrobiomet. I en forstand, de sporer den biologiske prosessen bakover for å oppdage betydningen av slike modifikasjoner.

Det er kjent at m1A muliggjør syntese av noen proteiner som noen ganger er tilstede på høyere nivåer i tarmen til mus som er matet med et fettrikt kosthold. Derimot, det er ikke klart om forskjellene som er oppdaget i nivåene av m1A -modifikasjonen er en del av musreaksjonen på denne dietten, eller hvis den allerede eksisterende modifikasjonen bare ble aktivert for å øke proteinproduksjonen.

I løpet av de siste tjue årene, mange utviklinger har skjedd innen molekylær teknologi og beregning. Til tross for dette, forskerne kommenterer at disse fremskrittene bare har gitt oss overfladisk kunnskap om mikrobielle livsprosesser og hvordan de samhandler med miljøet.

Fordelen med den nye tRNA-sekvenseringsteknologien er dens evne til å tilby en rask og relativt rimelig metode for å utforske hvordan oversettelse fungerer i kjernen.

Dette kan potensielt gi mye mer innsikt i hvordan mikrober reagerer etter små endringer i miljøet, spesielt de som er vanskelige å vurdere ved tradisjonelle metoder.

I tillegg, bruken av disse verktøyene gir større kunnskap om RNA -struktur og funksjon, så vel som av epigenetiske endringer i RNA, inn i det raskt ekspanderende territoriet til mikrobiomstudier.

Forfatterne ser frem til en mer omfattende og rask utvikling av tRNA -sekvenseringstrategien de har vært banebrytende.

Det er en rekke måter å undersøke mikrobiomaktiviteter, men ingenting er raskere og gir deg mer volum av data enn sekvensering. Her har vi utviklet en ny metode som rapporterer mikrobiomets aktivitet gjennom tRNA og gjør det ved høy gjennomstrømning. Det er virkelig verdien. "

Professor Tao Pan, Lederforsker

Studien ble publisert i dag i Naturkommunikasjon .

• Nye bakteriearter kan bidra til å bekjempe fedme og metabolske lidelser
• Nytt europeisk finansiert prosjekt tar sikte på å forbedre mikrobiomforskning