Техника геномного секвенирования помогает понять микробиоту кишечника по одной клетке за раз

Популяция микроорганизмов, живущих в нашем кишечнике, известная как микробиота кишечника, играет решающую роль в контроле нашего метаболизма и снижении риска таких состояний, как ожирение и диабет.

Исследования показали, что способ стимулировать рост таких полезных микроорганизмов и регулировать их состав для поддержания здорового баланса - это добавление определенных форм клетчатки, такой как инулин, к нашей диете. Тем не мение, из всех десятков триллионов микроорганизмов в микробиоте кишечника, Было трудно определить, какие микроорганизмы и как реагируют на пищевые волокна. Это связано с тем, что современные методы полагаются на наличие эталонных геномов в базах данных последовательностей ДНК для точной таксономической классификации и точного функционального назначения конкретных организмов, но на самом деле По оценкам, половина видов кишечника человека не имеет эталонного генома. Кроме того, существующие методы требуют часов или даже дней для выполнения задачи.

Чтобы решить эту проблему, Ученые из Университета Васэда разработали новую технику, названную платформой для секвенирования одноклеточных амплифицированных геномов в гелевых шариках (SAG-gel). который может одновременно предоставить несколько проектов геномов микробиоты кишечника и идентифицировать бактерии, которые реагируют на пищевые волокна на уровне видов, без необходимости в существующих эталонных геномах. Более того, Преимущество этого метода состоит в том, что для получения черновиков геномов из необработанных данных полногеномного секвенирования требуется всего 10 минут, поскольку все данные получены исключительно от отдельных микробов. Это значительно сокращает время, необходимое для процесса.

<цитата>

Наш новый, метод секвенирования одноклеточного генома позволяет получить каждый бактериальный геном отдельно и охарактеризовать некультивируемые бактерии с определенными функциями в микробиоте, и это может помочь нам оценить метаболические клоны, участвующие в бактериальной ферментации клетчатки и метаболические исходы в кишечнике на основе поглощенных волокон. Он представляет собой расширенный и эффективный функциональный анализ некультивируемых бактерий в кишечнике ».

Масахито Хосокава, доцент факультета естественных наук и инженерии Университета Васэда и автор-корреспондент этого исследования

Ученые накормили мышей инулиновой диетой в течение двух недель и использовали эту технику для случайного захвата отдельных бактериальных клеток, обнаруженных в образцах фекалий мышей, в крошечные шарики геля. Затем бактериальные клетки обрабатывали индивидуально в шариках геля, плавающих в пробирке. и более 300 одноклеточных амплифицированных геномов (SAG), или геномы одноклеточного организма, такого как бактерии, были получены массовым параллельным секвенированием. Поскольку каждый SAG состоит в среднем из десятков тысяч операций чтения, он обеспечивает чрезвычайно экономичное полногеномное секвенирование клеток-мишеней. После контроля качества и классификации SAG, Ученые определили, какие бактерии ответственны за расщепление инулина и извлечение из него энергии.

«По нашим результатам, диета, богатая инулином, увеличивала активность на Бактероиды виды внутри кишечника мыши, "Хосокава объясняет". из черновых геномов вновь обнаруженных Бактероиды разновидность, мы обнаружили специфический кластер генов для расщепления инулина и специфический метаболический путь для производства специфических короткоцепочечных жирных кислот, метаболит, который вырабатывается микробиотой кишечника. Подобные открытия помогут ученым в будущем прогнозировать метаболическое брожение пищевых волокон на основе наличия и способности конкретных респондентов ».

Этот метод можно применить к бактериям, живущим где угодно, будь то внутри человеческого кишечника, В океане, или даже в почве. Хотя существует необходимость в повышении его точности, поскольку считывание последовательности ДНК для некоторых участков гена считается затруднительным, Хосокава надеется, что этот метод будет применяться в медицине и промышленности и использоваться для улучшения здоровья людей и животных.

Их выводы были опубликованы в Микробиом 23 января, 2020.

• Микробиом ризосферы может системно формировать корневую экссудацию и контролировать ее
• Модель Fly может помочь заложить основу для новых методов лечения сложных патогенов