Tehnika genomskega sekvenciranja pomaga razumeti črevesno mikrobioto po eno celico naenkrat

Populacija mikroorganizmov, ki živijo v našem črevesju, znana kot črevesna mikrobiota, igra ključno vlogo pri nadzoru našega metabolizma in zmanjšanju tveganja za bolezni, kot sta debelost in sladkorna bolezen.

Študije so pokazale, da je način spodbujanja rasti tako koristnih mikroorganizmov in uravnavanja njihove sestave za zdravo ravnovesje dodajanje določenih oblik vlaknin, kot je inulin, na našo prehrano. Vendar pa od vseh več deset bilijonov mikroorganizmov v črevesni mikrobioti, težko je bilo ugotoviti, kateri in kako se mikroorganizmi odzivajo na prehranska vlakna. To je zato, ker se sedanje tehnike za natančno taksonomsko klasifikacijo in natančne funkcionalne dodelitve določenih organizmov opirajo na razpoložljivost referenčnih genomov v bazah podatkov o zaporedju DNK, ampak v resnici, približno polovica človeških črevesnih vrst nima referenčnega genoma. Poleg tega obstoječe tehnike zahtevajo ure ali celo dni za dokončanje naloge.

Za rešitev tega problema, Znanstveniki univerze Waseda so razvili novo tehniko, imenovano enocelični amplificirani genomi na platformi za zaporedje gelov (SAG-gel), ki lahko hkrati zagotovi več osnutkov genoma črevesne mikrobiote in identificira bakterije, ki se odzivajo na prehranska vlakna na ravni vrste, ne da bi potrebovali obstoječe referenčne genome. Kaj je več, Prednost te tehnike je, da za pridobivanje osnutkov genoma iz surovih podatkov o sekvenciranju celotnega genoma traja le 10 minut, saj so vsi podatki izključno pridobljeni iz posameznih mikrobov. To močno pospeši čas, potreben za postopek.

Naš novi, tehnika enoceličnega sekvenciranja genoma lahko pridobi vsak bakterijski genom posebej in označi nekulturne bakterije s posebnimi funkcijami v mikrobioti, in to nam lahko pomaga oceniti presnovne rodove, vključene v bakterijsko fermentacijo vlaken, in presnovne rezultate v črevesju na podlagi zaužitih vlaken. Uvaja izboljšano in učinkovito funkcionalno analizo nekulturnih bakterij v črevesju. "

Masahito Hosokawa, docent na Fakulteti za naravoslovje in inženiring Univerze Waseda in ustrezni avtor te študije

Znanstveniki so dva tedna nahranili miši z dieto na osnovi inulina in s tehniko naključno zajeli posamezne bakterijske celice v fekalnih vzorcih miši v drobne gelne kroglice. Bakterijske celice so bile nato posamično obdelane v gelnih kroglicah, ki plavajo v epruveti, in več kot 300 enoceličnih amplificiranih genomov (SAG), ali genomi iz enoceličnega organizma, kot so bakterije, so bili pridobljeni z množično vzporednim zaporedjem. Ker je vsak SAG v povprečju sestavljen iz več deset tisoč odčitkov, omogoča izjemno stroškovno učinkovito celovito genomsko sekvenciranje ciljnih celic. Po nadzoru kakovosti in razvrščanju SAG, znanstveniki so ugotovili, katere bakterije so odgovorne za razgradnjo inulina in pridobivanje energije iz njega.

"Glede na naše rezultate, prehrana, bogata z inulinom, poveča aktivnost Bakteroidi vrste v mišjem črevesju, "Pojasnjuje Hosokawa." Tudi iz osnutkov na novo najdenih genomov Bakteroidi vrsta, odkrili smo specifično gensko skupino za razgradnjo inulina in specifično presnovno pot za proizvodnjo specifičnih kratkoverižnih maščobnih kislin, presnovek, ki ga proizvaja črevesna mikrobiota. Takšne ugotovitve bodo znanstvenikom v prihodnosti pomagale napovedati presnovno fermentacijo prehranskih vlaken na podlagi prisotnosti in sposobnosti posameznih odzivnikov. "

Ta tehnika se lahko uporablja za bakterije, ki živijo kjer koli, ali je v človeškem črevesju, v oceanu, ali celo v tleh. Čeprav je treba izboljšati njeno natančnost, saj je branje zaporedja DNK za nekatere genske regije težko, Hosokawa upa, da bo ta tehnika uporabljena v medicini in industriji ter da bo uporabljena za izboljšanje zdravja ljudi in živali.

Njihove ugotovitve so bile objavljene leta Mikrobiom 23. januarja, 2020.

• Mikrobiom rizosfere lahko sistemsko oblikuje in nadzoruje izločanje korenin
• Model muhe bi lahko pomagal postaviti temelje za nove terapije za boj proti težkim patogenom