Последние достижения в области секвенирования ДНК и биоинформатики определили и ускорили последние достижения во всех областях микробиологии.
Секвенирование следующего поколения (NGS) вместе с крупномасштабными геномными сопоставлениями позволяет, в частности, определить степень генетической изменчивости среди родственных изолятов и штаммов, а также провести более полный анализ эволюции адаптации, антибиотикорезистентности и факторов патогенности у клинически значимых патогенов.
В соответствии с этим, в исследовании Whaley et al. охарактеризованы гены синтеза капсульного полисахарида у 1514 изолятов Neisseria meningitidis с помощью полногеномного секвенирования (WGS). Это исследование показывает, что среди изолятов менингококкового носительства, полученных от студентов трех университетов США, несколько мутаций позволяют бактериям переключаться между инкапсулированным и неинкапсулированным состоянием. Важность этого исследования заключается в том, что вариации в синтезе капсульного полисахарида могут потенциально привести к тому, что менингококковая вакцина на основе полисахаридов может не работать.
Второе исследование, проведенное Manoharan-Basil et al., представляет собой современный всеобъемлющий обзор роли горизонтального переноса генов (ГПГ) в эволюции резистентности к антибиотикам у Neisseria gonorrhoeae с использованием данных WGS, включающих 20 047 изолятов. Это исследование посвящено глобальному распространению и возникновению устойчивости к фторхинолонам у гонококков и подчеркивает значительную роль, которую играет ГПГ в передаче резистентности от комменсальных видов Neisseria к патогенным Neisseria.
В многонациональном и многоцентровом исследовании Topaz et al. авторы представили филогенетическую структуру и сравнительную геномику 410 инвазивных изолятов Haemophilus influenzae серотипа a (Hia). Помимо выявления генетических различий в генах вирулентности и резистентности к противомикробным препаратам и описания филогенетической структуры Hia, было проведено геномное исследование ассоциаций для выявления связей с клиническими и эпидемиологическими признаками. Авторы показали, что очень небольшая часть фенотипических вариаций была обусловлена генетической изменчивостью, присутствующей в исследуемой популяции, по крайней мере, для анализируемых переменных.
В другом исследовании Yuan et al. представлен пангеномный анализ Laribacter hongkongensis, потенциального нового патогена, позволяет изучить распределение генов вирулентности и резистентности к противомикробным препаратам среди штаммов из разных источников. Авторы оценивают влияние источника и линии штаммов на риск патогенности, предполагая, что штаммы, выделенные от лягушек, могут иметь более высокий потенциал стать патогенами человека.
Увеличение геномной информации для некоторых видов бактерий позволило глубоко изучить молекулярную таксономию и экологическую адаптацию. Например, полный геном Acidiferrobacter thiooxydans впервые представлен в работе Ma et al.. Анализ этого генома и сравнительные геномные исследования показывают уникальное филогенетическое положение и геномную пластичность, которые способствуют экологической адаптации этих бактерий в чрезвычайно кислых нишах с высокой концентрацией металлов.
В другом исследовании Kong et al. полный геном нового штамма Rahnella victoriana также раскрывает новое понимание его молекулярно-генетического механизма стимулирования роста растений. Среди полезных свойств новый геном несет генетическую информацию для производства индол-3-уксусной кислоты, биосинтеза летучих органических соединений, фиксации азота, солюбилизации фосфатов, сидерофоров, ацетоина, 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат деаминазы и производства гамма-аминомасляной кислоты.
В некоторых работах для получения геномных данных использовалась технология секвенирования третьего поколения - WGS с длинным прочтением (long-read WGS). Методы секвенирования с длинным прочтением имеют преимущества перед секвенированием с коротким прочтением, поскольку они хорошо подходят для обнаружения более крупных изменений в сиквенсах, таких как структурные варианты и фазовые вариации, и обладают способностью охватывать повторяющиеся регионы (Amarasinghe et al., 2020).
В исследовании Thibau et al. была показана консервативная геномная последовательность у восьми изолятов Bartonella henselae и выявлен вариабельный геномный остров с помощью секвенирования PacBio single molecule real-time (SMRT). В исследовании Abdel-Glil et al. секвенирование генома с использованием метода PacBio SMRT было использовано для установления филогенетического родства и структуры генома изолятов Yersinia ruckeri. Сравнительная геномика показала, что Y. ruckeri имеет уникальные геномные регионы, вероятно, связанные с патогенезом энтерального заболевания рыб.
Последние достижения в секвенировании и анализе бактериальных геномов также пролили свет на механизмы адаптивной эволюции. В исследовании Kurokawa et al. представлены данные по экспериментальной эволюции штаммов Escherichia coli с различными размерами генома с целью определения связи между уменьшением генома с адаптацией к градиентам окружающей среды и вкладом мутаций в приспособленность бактерий. Результаты показывают количественную связь между сокращением генома, адаптацией и расширением ниши.
Второе исследование Zhao et al. посвящено эволюции геномных островов как важных адаптивных признаков у патогенных или экологических бактерий. С помощью сравнительной геномики у Shewanella putrefaciens, несущей функциональную систему токсин-антитоксин HipAB, был идентифицирован и охарактеризован новый композитный остров.
Наконец, в другом исследовании, проведенном Garzón et al., был использован новый in silico подход, основанный на бактериальных геномных данных, чтобы предложить минимальный трансляционный механизм, необходимый для синтеза белка. Эта информация может способствовать созданию синтетических клеток для биотехнологических целей.
