Исследователи разрабатывают интегрированный подход к метагеномике единичных клеток, который может повысить точность и разрешающую способность характеристики микроорганизмов.
Метагеномика, передовой метод секвенирования ДНК, позволяет напрямую извлекать и in silico (или с помощью компьютерного моделирования) характеризовать генетический материал из смешанных микробных популяций одновременно, минуя громоздкую задачу выделения и культивирования различных видов бактерий из смеси. Хотя этот метод полезен для получения более широкой картины, например, микробиома, более тонкие детали, касающиеся близкородственных видов, могут быть упущены, что способствует предвзятости и неточности. Геномика единичных клеток (SC - геномика) является многообещающим альтернативным подходом, который позволяет получить геномы отдельных клеток. Однако в более широком смысле этот подход может привести к неполноте собранных геномов, учитывая меньшие размеры фрагментов ДНК по сравнению с традиционным подходом метагеномики.
В новаторском совместном исследовании Университета Васэда, Япония, и компании bitBiome, стартап-инициативы Университета Васэда, группа исследователей протестировала гибридный подход, сочетающий обычную метагеномику и sc-метагеномику, который может устранить недостатки обоих методов. "Бактериальные геномы, реконструированные только на основе метагеномного анализа, несовершенны и содержат ошибки. Мы разработали новую систему интеграции метагеномики единичных клеток, названную SMAGLinker, которая определяет геномный сиквенс каждой клетки в отдельности. Используя этот метод, мы стремимся получить точные бактериальные геномы в полном объеме, что было сложной задачей в прошлом", - объясняет руководитель исследования Масахито Хосокава, который также является основателем компании bitBiome.
Сначала ученые генерировали амплифицированные геномы единичных клеток (SAG), используя микрофлюидную технологию (передовой метод амплификации ДНК), для микробиоты кишечника и кожи человека, а также для "макета" микробного сообщества, содержащего известные бактерии для целей валидации. Затем они провели анализ и кластеризацию сиквенсов, используя метод под названием "contig binning". Они интегрировали этот анализ с методом сборки метагеномов (MAG), чтобы улучшить общий охват и точность биннинга. Сравнивая интегрированный подход с традиционным подходом метагеномики, они обнаружили, что первый показал более высокую точность и точность биннинга, а также значительно более высокий процент извлечения геномов (включая рРНК, тРНК и плазмиды), по сравнению с традиционным подходом.
Используя SMAGLinker, исследователи смогли выявить большое количество высококачественных геномов микробиоты кишечника и кожи. Более того, геномы, полученные с помощью этого комплексного подхода, охватывали большее число родов бактерий по сравнению с традиционным подходом, что свидетельствует о лучшем охвате бактериального разнообразия. Погрузившись глубже, исследователи также получили лучшее качество определения внутривидового разнообразия с помощью SMAGLinker.
В то время как обычный метагеномный подход выявил только один геном бактерии Staphylococcus hominis, контаминированный геномами других видов Staphylococcus, интегрированный подход выявил два независимых штамма, несущих различные плазмиды, из одного и того же образца микробиоты кожи.
Они также смогли успешно подтвердить свои выводы, используя макетный образец микробиоты.
В целом, SMAGLinker - это мощный инструмент, который может повысить точность и качество определения геномов и распознавания близкородственных геномов в сложных микробных смесях. Авторы с нетерпением ждут потенциальных результатов своих исследований.
"Комменсальные бактерии человека тесно ассоциированы со здоровьем человека, и понимание взаимодействия хозяина и микроорганизмов важно для разработки новых методов лечения, а также для промышленного и экологического применения. Мы надеемся, что эта технология может быть распространена на различные исследовательские дисциплины для точной характеристики микроорганизмов", - заключает Хосокава.
