Геномный "пинцет" открывает новую эру высокоточного исследования микробиомаГеномный "пинцет" открывает новую эру высокоточного исследования микробиома
В знаковом исследовании, опубликованном в журнале Nature Methods, ученые из Медицинской школы Икан при Маунт-Синай представили mEnrich-seq - инновационный метод, призванный существенно повысить специфичность и эффективность исследований микробиомов, сложных сообществ микроорганизмов, населяющих человеческий организм.
Дисбаланс или уменьшение разнообразия микробов в нашем организме может привести к повышению риска развития ряда заболеваний. Однако во многих прикладных исследованиях микробиома основное внимание уделяется изучению всех присутствующих в образце видов, но не конкретных видов бактерий. Тем не менее, при изучении инфекционных заболеваний исследователей могут интересовать только несколько патогенных кишечных бактерий, которые находятся в окружении множества других бактерий.
"Представьте, что вы ученый, которому нужно изучить один конкретный вид бактерий в сложной среде. Это все равно что пытаться найти иголку в большом стоге сена", - говорит старший автор исследования Ган Фанг. mEnrich-seq, по сути, дает исследователям "умный пинцет", чтобы подцепить интересующую их иголку". Вытащив иглу "умным пинцетом", исследователи могут собрать геном(ы) целевой бактерии, что облегчает изучение различных биомедицинских вопросов, связанных с ней.
Эта новая стратегия устраняет критический технологический пробел, поскольку ранее исследователям приходилось выделять конкретные штаммы бактерий из образца с помощью культуральных сред, селективно выращивающих конкретные бактерии, - трудоемкий процесс, который работает для одних бактерий, но не для других. mEnrich-seq, напротив, позволяет напрямую извлечь геном(ы) интересующих бактерий из образца микробиома без культивирования. mEnrich-seq эффективно выделяет интересующие бактерии из огромного фона, используя "секретные коды", записанные в бактериальной ДНК, которые бактерии используют естественным образом для различения друг друга в рамках своих собственных иммунных систем.
Появление mEnrich-seq открывает новые горизонты в различных областях:
- Экономическая эффективность: это более экономичный подход к изучению микробиома, особенно полезный в крупномасштабных исследованиях, где ресурсы могут быть ограничены.
- Широкая применимость: метод может быть направлен на широкий спектр бактерий, что делает его универсальным инструментом как для научных, так и для клинических применений.
- Прорывы в медицине: позволяя проводить более целенаправленные исследования, mEnrich-seq может ускорить разработку новых диагностических методов и средств лечения.
"Одним из наиболее интересных аспектов mEnrich-seq является его потенциал для обнаружения ранее упущенных деталей, таких как гены антибиотикорезистентности, которые традиционные методы секвенирования не могли обнаружить из-за недостаточной чувствительности", - добавляет Фанг. "Это может стать значительным шагом вперед в борьбе с глобальной проблемой устойчивости к антибиотикам". Действительно, как показано в одном из трех приложений данного исследования, авторы использовали mEnrich-seq для прямой реконструкции геномов патогенных E. coli из образцов мочи пациентов с инфекциями мочевыводящих путей, что позволило провести всесторонний анализ генов резистентности к антибиотикам в каждом геноме.
В другом приложении авторы использовали mEnrich-seq для селективного конструирования геномов Akkermansia muciniphila, бактерии, которая, как было показано, может быть полезной при ожирении и диабете, наряду с рядом других заболеваний, а также при иммунотерапии рака. Эту бактерию трудно культивировать, поэтому mEnrich-seq может стать полезным методом реконструкции ее генома, не зависящим от культивирования, чувствительным и экономически эффективным, что может способствовать проведению более масштабных исследований ассоциации с различными заболеваниями человека.
У команды амбициозные планы в отношении 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, дабы подтвердить полезность метода в реальных условиях. "Мы считаем, что mEnrich-seq станет чувствительным и универсальным инструментом в будущих исследованиях микробиома и клинических применениях", - заявил Фанг.
