RNA -sekvensering ger nya insikter i mikrobiomet

Forskare vid University of Chicago har kommit med en revolutionerande strategi för att studera tarmmikrobiomets aktivitet-med hjälp av hög genomströmningssekvensering av tRNA.

Alpha Tauri 3D -grafik | Shutterstock

Genom att hjälpa forskare att förstå hur tRNA förändras dynamiskt inom mikrobiomer, den nya sekvensbestämningsstrategin kommer att ge mycket bättre inblick i hur mikrobiomer som finns i naturen reagerar på miljöförändringar som temperaturvariationer eller förändringar i näringsämnets tillgänglighet.

Arbetet är det första av flera projekt från UChicago, finansierad av Keck Foundation, som fokuserar på mikrobiomer.

Mikrobiomer är ett område med intensiv forskning idag, på grund av deras grundläggande och omfattande roll inom hälsa och sjukdom.

Laget, ledd av professorerna Tao Pan och A. Murat Eren, utvecklat nya verktyg som syftar till att studera överförings -RNA (tRNA) i musens tarmmikrobiomer. Den aktuella studien rapporterade hur tRNA-sekvensering applicerades på prover från tarmmikrobiomet hos möss som antingen var på en fet eller låg fetthalt.

Den använde nyutvecklad programvara och beräkningsverktyg för att generera ett bibliotek med tRNA -molekyler från musens tarmprover.

Bakterierna från vilka dessa tRNA -molekyler kom identifierades sedan. Till sist, vissa post-transkriptionella modifieringar som inträffade i tRNA detekterades och mättes.

Dr Pan var ansvarig för att utveckla tRNA -sekvenseringsverktygen, medan Eren arbetade med beräkningsplattformarna som är avsedda att göra dessa verktyg mer allmänt tillgängliga.

tRNA-sekvensering är ett ovärderligt verktyg för att erhålla stora datamängder på ett kostnadseffektivt sätt, att möjliggöra djupare utforskning av aktiviteten hos mikrobiomer som finns hos människor eller i deras omgivning.

Bakteriella tRNA-molekyler finjusteras för sin specifika funktion genom att införa post-transkriptionella modifieringar, varav det finns i genomsnitt åtta per tRNA -molekyl.

Verktygen som används i detta projekt kan upptäcka två modifikationer i ett arbetsflöde med hög genomströmning och sekvensering och analys. Dessutom, den kan skala i vilken grad denna modifiering är närvarande på en skala från 0 till 100 på var och en av de modifierade platserna.

En av modifieringarna kallas m1A och befanns öka i tarmmikrobiomerna hos möss på en fettrik kost. Detta är en historisk upptäckt, markerar första gången som sådana förändringar har kunnat detekteras vid modifieringsnivån av tRNA, i vilket mikrobiom som helst.

Forskarna medger att de inte vet vad förekomsten av m1A -modifieringarna faktiskt betyder för mikrobiomet. På sätt och vis, de spårar den biologiska processen bakåt för att upptäcka betydelsen av sådana modifieringar.

Det är känt att m1A möjliggör syntes av vissa proteiner som ibland finns vid högre nivåer i tarmen hos möss som matas med en fetthaltig kost. Dock, det är inte klart om skillnaderna som detekteras i nivåerna av m1A -modifieringen är en del av musreaktionen på denna diet, eller om den redan befintliga modifieringen bara aktiverades för att öka proteinproduktionen.

Under de senaste tjugo åren har många utvecklingar har skett inom molekylär teknik och beräkning. Trots detta, forskarna kommenterar att dessa framsteg bara har gett oss ytlig kunskap om mikrobiella livsprocesser och hur de interagerar med sin omgivning.

Fördelen med den nya tRNA-sekvenseringstekniken är dess förmåga att tillhandahålla en snabb och relativt billig metod för att utforska hur översättning fungerar i centrum.

Detta kan potentiellt ge mycket mer insikt om hur mikrober reagerar efter små förändringar i miljön, särskilt de som är svåra att bedöma med traditionella metoder.

Dessutom, användningen av dessa verktyg ger större kunskap om RNA -struktur och funktion, liksom av epigenetiska förändringar i RNA, in i det snabbt expanderande territoriet för mikrobiomstudier.

Författarna ser fram emot en mer omfattande och snabb utveckling av tRNA -sekvensstrategin som de har varit banbrytande.

Det finns ett antal sätt att undersöka mikrobiomaktiviteter, men ingenting är snabbare och ger dig mer volym data än sekvensering. Här har vi utvecklat en ny metod som rapporterar mikrobiomets aktivitet genom tRNA och gör det vid hög genomströmning. Det är verkligen värdet. "

Professor Tao Pan, Ledande forskare

Studien publicerades idag i Naturkommunikation .

• Nya bakteriearter kan hjälpa till att bekämpa fetma och metaboliska störningar
• Nytt europeiskt finansierat projekt syftar till att förbättra mikrobiomforskning