Понимание кишечной микробиоты, по одной клетке за раз

Понимание кишечной микробиоты, по одной клетке за раз
                Кредит: Университет Васэда

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

Исследования показали, что способ стимулирования роста таких полезных микроорганизмов и изменения их состава для достижения здорового баланса — это добавление в нашу диету определенных форм клетчатки, таких как инулин. Однако из всех десятков триллионов микроорганизмов в микробиоте кишечника было трудно определить, какие и как микроорганизмы реагируют на пищевые волокна. Это связано с тем, что современные методы основаны на наличии эталонных геномов в базах данных последовательностей ДНК для точной таксономической классификации и точных функциональных назначений конкретных организмов, но на самом деле примерно половина видов кишечника человека не имеет эталонного генома. Кроме того, существующие методы требуют нескольких часов или даже дней для выполнения задачи.

Чтобы решить эту проблему, ученые Университета Васэда разработали новую методику, называемую амплифицированные по отдельности геномы в платформе секвенирования гелевых шариков (SAG-гель), которая может обеспечить одновременное получение нескольких черновых геномов микробиоты кишечника и выявить бактерии, которые отвечают для пищевых волокон на уровне видов без необходимости в существующих эталонных геномах. Более того, преимущество этого метода заключается в том, что получение черновых геномов по необработанным данным секвенирования всего генома занимает всего 10 минут, поскольку все данные получены исключительно из отдельных микробов. Это значительно ускоряет время, необходимое для процесса.

«Наша новая технология секвенирования одноклеточных геномов позволяет получать каждый бактериальный геном отдельно и характеризовать некультурные бактерии с определенными функциями в микробиоте, и это может помочь нам оценить метаболические линии, участвующие в бактериальной ферментации клетчатки и метаболические результаты в кишечник на основе усвоенных волокон «, — говорит Масахито Хосокава, доцент факультета науки и техники Университета Васеда и соответствующий автор данного исследования. «Он вводит расширенный и эффективный функциональный анализ некультурных бактерий в кишечнике».

Ученые сделали так, чтобы кормить мышей рационом на основе инулина в течение двух недель и использовали эту технику для случайного захвата отдельных бактериальных клеток, обнаруженных в образцах фекалий мышей, в крошечные гелевые шарики. Затем бактериальные клетки индивидуально обрабатывали в гелевых гранулах, плавающих в пробирке, и путем массивно-параллельного секвенирования получали более 300 одноклеточных амплифицированных геномов (SAG) или геномов из одноклеточного организма, такого как бактерии. Поскольку каждый SAG в среднем состоит из десятков тысяч операций чтения, он обеспечивает чрезвычайно рентабельное секвенирование целых геномных клеток-мишеней. После контроля качества и классификации SAG, ученые определили, какие бактерии ответственны за расщепление инулина и извлечение энергии из него.

«Согласно нашим результатам, диета, обогащенная инулином, увеличивала активность видов Bacteroides в кишечнике мыши», — объясняет Хосокава. «Кроме того, из черновых геномов недавно обнаруженных видов Bacteroides мы обнаружили специфический кластер генов для расщепления инулина и специфический метаболический путь для производства специфических короткоцепочечных жирных кислот, метаболита, который продуцируется Микробиота кишечника. Подобные результаты помогут ученым в будущем прогнозировать метаболическую ферментацию пищевых волокон на основе наличия и способности конкретных респондеров. «

Этот метод может быть применен к бактериям, живущим где угодно, будь то в кишечнике человека, в океане или даже в почве. Хотя необходимо повысить ее точность, поскольку считывание последовательности ДНК для некоторых генных областей считается трудным, Хосокава надеется, что этот метод будет применяться в медицине и промышленности и будет использоваться для улучшения здоровья людей и животных.

Spread the love