Новый метод анализа микробиома: как понять родственные связи бактерий в нашем кишечнике

Исследователи из Центра инноваций в области микробиома (CMI) Калифорнийского университета подтвердили эффективность нового метода для изучения микробиома. Он позволяет обнаруживать тонкие изменения в составе микробного сообщества и дает представление об эволюционной истории его членов. Метод более чувствителен, чем существующие технологии, и может революционизировать анализ данных микробиома. Результаты опубликованы 17 апреля в журнале mSystems.

Для идентификации бактерий в определенной среде, например, в кишечнике человека, ученые часто ищут различия в гене, кодирующем молекулу 16S, необходимую для размножения бактерий.

• Почему 16S? Все бактерии имеют ген 16S. Без него они не могут размножаться. Последовательность нуклеотидов в этом гене уникальна для разных видов.
• Эволюционная история: Различия в последовательностях возникают из-за ошибок при копировании ДНК, что может приводить к появлению новых видов. Эти последовательности позволяют проследить и построить эволюционное древо организмов.
• Практическая польза: Понимание эволюционного родства позволяет делать выводы о схожей функции у близкородственных организмов и использовать это в биотехнологиях.

Проблема существующих методов

Построение эволюционного древа с нуля на основе коротких последовательностей 16S часто приводит к ошибкам. Использование эталонных филогенетических деревьев также затруднено, так как короткие последовательности содержат недостаточно информации для точного сопоставления.

Новое решение

Команда Стефана Янссена применила новый алгоритм и существующую методологию для вставки коротких фрагментов ДНК, полученных при секвенировании 16S, в эталонные филогенетические деревья. Эта технология более точна и чувствительна, чем построение древа с нуля.

• Чувствительность: Метод может обнаруживать даже небольшие изменения в микробиоме кишечника, вызванные, например, сменой диеты.
• Валидация на птицах: Метод был проверен на образцах помета девяти видов птиц с Аляски. Ученые смогли обнаружить различия в микробных сообществах у птенцов и взрослых особей — эффект, который не удавалось увидеть с помощью текущих методов.

Значение для науки

По словам Янссена, открытие имеет огромное значение для исследований пре- и пробиотиков: «Изменения в сообществе могут быть настолько малы, что только эта технология сможет уловить разницу между опытной и контрольной группами».