Новый метод секвенирования РНК позволяет глубже изучить активность микробиомов
Исследователи из Чикагского университета разработали высокопроизводительную стратегию секвенирования РНК для изучения активности микробиома кишечника.
Новые инструменты анализируют транспортную РНК (тРНК) — молекулярный «Розеттский камень», который переводит генетическую информацию, закодированную в ДНК, в белки, выполняющие основные биологические функции. Четкая картина динамики тРНК позволит ученым понять активность естественных микробиомов и изучить их реакцию на изменения окружающей среды, такие как колебания температуры или доступности питательных веществ.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда ученых под руководством Тао Пана, доктора философии, профессора биохимии и молекулярной биологии, и А. Мурата Эрена, доктора философии, доцента медицины в UChicago, продемонстрировала применение секвенирования тРНК к образцам микробиома кишечника мышей, которых кормили либо низкожировой, либо высокожировой диетой.
Новое программное обеспечение и вычислительная стратегия, описанные в исследовании, позволили:
- Создать каталог молекул тРНК, выделенных из образцов кишечника.
- Проследить их происхождение до бактерий, ответственных за их экспрессию.
- Измерить химические модификации тРНК, происходящие после транскрипции.
Каждая тРНК у бактерий имеет в среднем восемь химических модификаций, которые могут настраивать ее функцию. Новая стратегия высокопроизводительного секвенирования и анализа обнаруживает две из них, а также измеряет степень модификации в диапазоне от 0 до 100% для каждого сайта.
Уровень одной из модификаций, называемой m1A, был выше в микробиоме кишечника мышей на высокожировой диете. Это первый случай, когда ученые смогли наблюдать изменение уровня модификации тРНК в каком-либо микробиоме.
«Мы работали в обратном направлении, — сказал Пан. — У нас не было предвзятого представления о том, почему модификации m1A в тРНК вообще присутствуют или что они делают, но увидеть любое изменение модификации в микробиоме беспрецедентно».
Модификация m1A способствует синтезу определенных типов белков, которые могут быть более распространены при высокожировой диете. Исследователи пока не знают, возникают ли эти различия в модификациях в ответ на такую диету или они уже присутствуют и активируются для усиления синтеза этих белков.
Исследование — первое в серии проектов по микробиомам в UChicago, финансируемых грантом Фонда Кека. Пан является пионером в использовании инструментов секвенирования тРНК, а грант будет финансировать дальнейшую работу по их широкому распространению с помощью новых вычислительных стратегий, разрабатываемых Эреном.
«Секвенирование тРНК может стать не только способом получить представление о реакциях микробов на тонкие изменения окружающей среды, которые трудно измерить другими средствами, но и внести больше биологии и эпигенетики РНК в быстро развивающуюся область изучения микробиома», — сказал Эрен.
Пан и Эрен согласны, что у этой новой стратегии есть большой потенциал для улучшения.
«Существует несколько способов изучения активности микробиома, но ничто не является быстрее и не дает большего объема данных, чем секвенирование, — сказал Пан. — Здесь мы разработали новый метод, который сообщает об активности микробиома через тРНК и делает это с высокой пропускной способностью. В этом и заключается его ценность».