Sekvenovanie RNA ponúka nový pohľad na mikrobióm

Vedci z Chicagskej univerzity prišli s revolučnou stratégiou na štúdium aktivity črevného mikrobiómu-pomocou vysoko výkonného sekvenovania tRNA.

3D grafika Alpha Tauri | Shutterstock

Pomáhaním vedcom pochopiť, ako sa tRNA dynamicky mení v mikrobiómoch, nová stratégia sekvenovania poskytne oveľa lepší pohľad na to, ako mikrobiómy nachádzajúce sa v prírode reagujú na zmeny životného prostredia, ako sú teplotné rozdiely alebo zmeny v dostupnosti živín.

Dielo je prvým z niekoľkých projektov z UChicago, financovaný Nadáciou Keck, ktoré sa zameriavajú na mikrobiómy.

Mikrobiómy sú dnes oblasťou intenzívneho výskumu, pretože majú zásadnú a rozsiahlu úlohu v zdraví a chorobách.

Tím, pod vedením profesorov Tao Pana a A. Murata Erena, vyvinul nové nástroje zamerané na štúdium transferovej RNA (tRNA) v mikrobiómoch myšieho čreva. Súčasná štúdia uvádza, ako bolo sekvenovanie tRNA aplikované na vzorky z črevného mikrobiómu myší, ktoré boli na diéte s vysokým obsahom tukov alebo s nízkym obsahom tuku.

Na generovanie knižnice molekúl tRNA zo vzoriek myšieho čreva použila novo vyvinutý softvér a výpočtové nástroje.

Potom boli identifikované baktérie, z ktorých tieto molekuly tRNA pochádzali. Nakoniec, boli detegované a zmerané určité post-transkripčné modifikácie, ktoré sa vyskytli v tRNA.

Pan Pan bol zodpovedný za vývoj nástrojov na sekvenovanie tRNA, zatiaľ čo Eren pracoval na výpočtových platformách, ktoré majú tieto nástroje sprístupniť všeobecnejšie.

Sekvenovanie tRNA je neoceniteľným nástrojom na získanie veľkého objemu údajov nákladovo efektívnym spôsobom, umožniť hlbšie skúmanie aktivity mikrobiómov nachádzajúcich sa u ľudí alebo v ich okolí.

Bakteriálne molekuly tRNA sú doladené pre svoju špecifickú funkciu zavedením post-transkripčných modifikácií, ktorých je v priemere osem na tRNA molekulu.

Nástroje použité v tomto projekte sú schopné detegovať dve modifikácie vo vysokovýkonnom pracovnom toku sekvenovania a analýzy. Navyše, môže škálovať stupeň, v akom je táto modifikácia prítomná, na stupnici od 0 do 100 na každom z modifikovaných miest.

Jedna z modifikácií sa nazýva m1A a zistilo sa, že je zvýšená v črevných mikrobiómoch myší na diéte s vysokým obsahom tukov. Toto je historický objav, po prvýkrát, keď bolo možné tieto zmeny detegovať na úrovni modifikácie tRNA, v akomkoľvek mikrobióme, čokoľvek.

Vedci priznávajú, že nevedia, čo prítomnosť modifikácií m1A v skutočnosti znamená pre mikrobióm. V istom zmysle, spätne sledujú biologický proces, aby zistili význam týchto modifikácií.

Je známe, že m1A umožňuje syntézu niektorých proteínov, ktoré sú niekedy prítomné vo vyšších hladinách v črevách myší kŕmených diétou s vysokým obsahom tukov. Avšak, nie je jasné, či sú rozdiely zistené v hladinách modifikácie m1A súčasťou reakcie myši na túto diétu, alebo ak už existujúca modifikácia bola iba aktivovaná na zvýšenie produkcie proteínu.

Za posledných dvadsať rokov, v molekulárnej technológii a výpočtoch došlo k mnohému vývoju. Napriek tomu, vedci poznamenávajú, že tieto pokroky nám priniesli iba povrchné znalosti o procesoch mikrobiálneho života a o tom, ako interagujú so svojim prostredím.

Výhodou novej technológie sekvenovania tRNA je jej schopnosť poskytnúť rýchly aj relatívne lacný spôsob skúmania toho, ako preklad funguje v jadre.

To by potenciálne mohlo poskytnúť oveľa väčší prehľad o tom, ako mikróby reagujú po malých zmenách v životnom prostredí, najmä tie, ktoré je ťažké posúdiť tradičnými metódami.

Navyše, použitie týchto nástrojov prináša lepšie znalosti o štruktúre a funkcii RNA, ako aj o epigenetických zmenách v RNA, na rýchlo sa rozširujúce územie štúdií mikrobiómov.

Autori sa tešia na rozsiahlejší a rýchlejší vývoj stratégie sekvenovania tRNA, ktorej boli priekopníkmi.

Existuje niekoľko spôsobov, ako skúmať mikrobiómové aktivity, ale nič nie je rýchlejšie a získate väčší objem dát ako sekvenovanie. Tu sme vyvinuli novú metódu, ktorá hlási aktivitu mikrobiómu prostredníctvom tRNA a robí to pri vysokej priepustnosti. To je skutočne hodnota. “

Profesor Tao Pan, Vedúci výskumník

Štúdia bola uverejnená dnes v Prírodné komunikácie .

• Nové druhy baktérií môžu pomôcť v boji proti obezite a metabolickým poruchám
• Cieľom nového projektu financovaného z Európy je zlepšiť výskum mikrobiómov