Новый подход к геномике единичных клеток картирует устойчивость к антибиотикам

Традиционная метагеномика имеет ограничения в разрешении микробного разнообразия на уровне штаммов и точном профилировании генов устойчивости к антибиотикам.

Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством доцента Масахито Хосокавы из Университета Васэда совместно с bitBiome, Inc. разработали подход к геномике единичных клеток, который считывает информацию с отдельных клеток.

В исследовании, опубликованном в журнале Microbiome 2 октября 2024 года, для анализа микробного разнообразия и генетических особенностей использовался одно-клеточный геномный анализ.

Ученые провели масштабный индивидуальный анализ микробов человеческого тела. Они привлекли 51 участника и собрали образцы их слюны и кала. Затем был применен новый метод анализа геномов единичных клеток — технология SAG-gel (коммерциализирована как bit-MAP от bitBiome, Inc.). В этой технике отдельные бактерии заключаются в гель, их геномы амплифицируются и анализируются индивидуально.

С помощью этой новой техники исследователи восстановили геномы 300 бактериальных видов, которые были пропущены традиционным методом. Кроме того, новый подход позволил глубже изучить гены устойчивости к антибиотикам, сети обмена генами, бактериальное взаимодействие и разнообразие.

«Наше исследование проанализировало 30 000 индивидуальных геномов оральных и кишечных бактерий, что является крупнейшим в мире набором геномных данных, демонстрирующим мощь одно-клеточной геномики в изучении микробного разнообразия и взаимодействий», — говорит Хосокава.

Результаты исследования имеют несколько потенциальных областей применения:

• В здравоохранении детальное профилирование генов устойчивости к антибиотикам может помочь в разработке более целенаправленных и эффективных стратегий лечения.
• В экологическом мониторинге одно-клеточная геномика может отслеживать генетические сдвиги в экосистемах для управления и предотвращения распространения устойчивости к антибиотикам.
• В сельском хозяйстве понимание динамики генов устойчивости может направлять практики для минимизации их распространения через почву, воду и скот.

«Наш подход дает ключи к пониманию того, как распространяется устойчивость к антибиотикам у бактерий, и имеет потенциал для будущего применения в медицине и здравоохранении», — заключает Хосокава.