Новый метод Boba-seq позволяет быстро определять функции неизвестных генов микробов
Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) разработали технику barcoded overexpression bacterial shotgun library sequencing (Boba-seq), которая значительно упрощает изучение функций неизвестных генов у микроорганизмов. Метод описан в статье, опубликованной 5 августа в Nature Communications.
Суть метода
Boba-seq позволяет массово тестировать функции случайных фрагментов ДНК из бактерий:
- Геном организма случайно разрезается на фрагменты (один или несколько генов).
- Каждый фрагмент вставляется в плазмиду с уникальным ДНК-штрихкодом для идентификации.
- Созданная библиотека из сотен тысяч помеченных фрагментов вводится в клетки-хозяева.
- Культуры клеток выращиваются в различных условиях (например, в присутствии антибиотика).
- Быстрый рост клеток с определённым штрихкодом указывает на функцию, закодированную в соответствующем фрагменте ДНК (например, устойчивость к антибиотику).
Ключевые преимущества
- Высокая пропускная способность: сотни тысяч фрагментов можно протестировать в одном эксперименте.
- Тестирование в родственном хозяине: фрагменты можно изучать в том же организме, от которого они получены, или в близком родственнике. Это решает проблему предыдущих методов, ограниченных модельными организмами (например, E. coli), где гены из далёких видов часто не функционируют.
- Скорость и дешевизна: идентификация ответственного фрагмента происходит быстро благодаря штрихкоду.
Практическое применение и открытия
Метод был опробован на бактериях порядка Bacteroidales — ключевых обитателях кишечника человека и почвы. Было создано 305 000 помеченных фрагментов из шести видов и оценено более 21 000 генов параллельно.
Обнаружено:
- Гены, кодирующие ферменты для синтеза определённых липидов, обеспечивают устойчивость к антибиотику цефтриаксону (класс цефалоспоринов). Эта связь ранее не была известна.
- Новые функции в метаболизме углеводов, включая фермент, необходимый для усвоения глюкозамина — модифицированного сахара, важного для здоровья кишечника.
Перспективы
- Вычислительный инструмент для анализа данных Boba-seq доступен исследователям на платформе с открытым исходным кодом.
- Метод будет использован в проекте ENIGMA (Ecosystems and Networks Integrated with Genes and Molecular Assemblies) для изучения того, как почвенные микробы расщепляют сложные углеродные молекулы.
- Авторы планируют применять Boba-seq для изучения генов, связанных с устойчивостью к бактериофагам, колонизацией кишечника и расщеплением сложных углеводов.