Новый инструмент microbeMASST расшифровывает «разговоры» микробов
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего в рамках большого международного сотрудничества разработали новый поисковый инструмент, который поможет лучше понять метаболизм микроорганизмов. Микробы — ключевые игроки практически во всех биологических и экологических системах, но ограничения современных методов изучения их метаболизма затрудняют расшифровку их взаимодействий.
Новое исследование, опубликованное 5 февраля 2024 года в Nature Microbiology, напрямую решает эти проблемы и может в корне изменить наше понимание здоровья человека и окружающей среды.
«Люди — это ходячие экосистемы, в которых микробов намного больше, чем наших собственных клеток, но мы так мало знаем о метаболитах, которые производят микробы», — сказал старший автор работы Питер Доррестайн, профессор фармакологии и педиатрии.
«Эта технология позволяет нам сопоставлять микробов с производимыми ими метаболическими сигнатурами без каких-либо предварительных знаний. Это большой скачок вперёд в нашей способности изучать микроорганизмы и их сложные отношения с людьми и экосистемами».
Новаторский инструмент, названный microbeMASST, был разработан в Центре микробного метаболизма UC San Diego — инициативе, поддерживаемой NIH, которая создаёт международный курируемый репозиторий данных метаболомики микробов.
Полезные микробы играют ключевую роль в здоровье человека, колонизируя кожу (защита от патогенов) и кишечник (усвоение питательных веществ, регуляция иммунитета). Нарушение микробных сообществ связано с широким спектром заболеваний.
«Этот ресурс поможет нам механистически изучить роль микробиома при таких состояниях, как болезни печени, воспалительные заболевания кишечника, диабет, атеросклероз и других», — добавил Доррестайн.
Микробы также лежат в основе важных экологических процессов, таких как циклы углерода и азота. Нарушение этих сообществ может приводить к экологическому дисбалансу.
Однако огромный метаболический потенциал микробных сообществ часто упускается из виду в экспериментах, которые рассматривают метаболизм лишь «широким взглядом».
«Одна из проблем изучения микробов на молекулярном уровне — сложно определить, какой микроб производит какую молекулу, если ты заранее не знаешь, что ищешь», — сказала первый автор Симона Цуффа.
«Если представить колонии микробов как шумные вечеринки, где все говорят одновременно, то наши текущие эксперименты могут только записать общий звук. Мы же хотим "расшифровать" эту аудиозапись, чтобы понять, кто что говорит».
Для создания microbeMASST исследователи собрали более 100 миллионов точек данных из 60 000 различных микробных образцов со всего мира. База данных включает микробы из растений, почв, океанов, озёр, рыб, наземных животных и людей.
Сопоставляя экспериментальный образец с этой обширной библиотекой, microbeMASST может обнаружить, какие микробы присутствуют в образце.
«Существующие инструменты не могут этого сделать, а наш — может, и за считанные секунды», — добавила Цуффа.
Поскольку microbeMASST может идентифицировать микробов без предварительных знаний, сферы его применения широки: аквакультура, сельское хозяйство, биотехнологии и изучение заболеваний, связанных с микробиомом.
«Мы ожидаем, что microbeMASST станет transformative ресурсом для научного сообщества в науках о жизни. Инструмент будет только улучшаться по мере накопления данных», — заключил Доррестайн.