Геномный «пинцет» открывает новую эру точных исследований микробиома

В знаковом исследовании опубликовано в журнале Природные методыИсследователи из Медицинской школы Икана на горе Синай представили mEnrich-seq — инновационный метод, предназначенный для существенного повышения специфичности и эффективности исследований микробиомов — сложных сообществ микроорганизмов, населяющих человеческое тело. Статья называется «mEnrich-seq: секвенирование представляющих интерес бактериальных таксонов из микробиома, управляемое метилированием».

Раскрытие микробной среды с помощью mEnrich-seq

Микробиомы играют решающую роль в здоровье человека. Дисбаланс или уменьшение разнообразия микробов в нашем организме может привести к повышенному риску развития ряда заболеваний. Однако во многих приложениях микробиома основное внимание уделяется изучению конкретных типов бактерий в образце, а не изучению каждого присутствующего типа. Например, при учебе инфекционные заболеванияисследователей могут интересовать лишь несколько вредных кишечных бактерий, но они смешаны со многими другими бактериями.

«Представьте, что вы ученый, которому нужно изучить один конкретный тип бактерий в сложной среде. Это все равно, что пытаться найти иголку в большом стоге сена», — сказал Ган Фанг, доктор философии, профессор генетики и геномных наук и старший автор исследования. «По сути, mEnrich-seq дает исследователям «умный пинцет», позволяющий взять интересующую их иглу».

Вытащив его с помощью «умного пинцета», исследователи могут собрать геном(ы) целевых бактерий, что облегчает изучение различных биомедицинских вопросов, связанных с ними.

Эта новая стратегия устраняет критический технологический пробел, поскольку раньше исследователям приходилось изолировать определенные бактериальные штаммы из данного образца, используя питательные среды, которые избирательно выращивают конкретную бактерию — трудоемкий процесс, который работает для некоторых бактерий, но не для других. mEnrich-seq, напротив, может напрямую восстановить геном(ы) интересующих бактерий из образца микробиома без культивирования.

mEnrich-seq эффективно отличает интересующие бактерии от обширного фона, используя «секретные коды», записанные на бактериальной ДНК, которые бактерии используют естественным образом для дифференциации друг от друга как часть их собственной иммунной системы.

Преобразование исследований и здравоохранения

Появление mEnrich-seq открывает новые горизонты в различных областях:

• Экономическая эффективность: он предлагает более экономичный подход к исследованиям микробиома, особенно полезный в крупномасштабных исследованиях, где ресурсы могут быть ограничены.
• Широкая применимость: метод может быть сосредоточен на широком спектре бактерий, что делает его универсальным инструментом как для исследований, так и для клинического применения.
• Медицинские прорывы. Обеспечивая более целенаправленные исследования, mEnrich-seq может ускорить разработку новых диагностических инструментов и методов лечения.

«Одним из наиболее интересных аспектов mEnrich-seq является его способность раскрывать ранее упущенные детали, такие как гены устойчивости к антибиотикам, которые традиционные методы секвенирования не могли обнаружить из-за недостаточной чувствительности», — добавил доктор Фанг. «Это может стать значительным шагом вперед в борьбе с глобальной проблемой устойчивости к антибиотикам».

Действительно, как показало одно из трех применений в этом исследовании, авторы использовали mEnrich-seq для прямой реконструкции геномов патогенной E. coli из образцов мочи пациентов с инфекции мочевыводящих путейчто позволило провести комплексный анализ генов устойчивости к антибиотикам в каждом геноме.

В другом приложении авторы использовали mEnrich-seq для селективного конструирования геномов Akkermansia muciniphila, бактерии, которая, как было показано, оказывает положительное воздействие при ожирении и диабете, а также при ряде других заболеваний, а также в ответ на иммунотерапию рака.

Эту бактерию трудно культивировать, поэтому mEnrich-seq может быть полезным инструментом для реконструкции ее генома независимым от культуры, чувствительным и экономически эффективным способом, что может способствовать более масштабным исследованиям связи с различными заболеваниями человека.

Будущее mEnrich-seq

Заглядывая в будущее, у команды есть амбициозные планы относительно mEnrich-seq. Они стремятся усовершенствовать метод, чтобы еще больше повысить его эффективность и расширить спектр его применения. Также планируется сотрудничество с клиницистами и медицинскими работниками для проверки полезности метода в реальных условиях.

«Мы рассматриваем mEnrich-seq как чувствительный и универсальный инструмент будущего микробиом исследования и клиническое применение», — сказал доктор Фанг.