Использование недавнего потока генов для определения микробных популяций

Исследователи MIT разработали простую метрику потока генов, которая может определять экологически значимые популяции среди бактерий и архей, включая выявление популяций, связанных с человеческими заболеваниями.

Метрика, названная PopCOGenT (Populations as Clusters Of Gene Transfer), измеряет недавний поток генов между близкородственными геномами. Микробные геномы, недавно обменявшиеся ДНК, должны иметь более длинные и частые идентичные участки ДНК по сравнению с теми, где размножение происходит только путем деления. Этот показатель позволяет выделить сосуществующие генетически и экологически обособленные популяции, что сложно сделать из-за бесполого размножения микробов и их способности поглощать ДНК из окружающей среды (например, через вирусы).

PopCOGenT фокусируется на недавнем генетическом обмене между близкородственными организмами, что, вероятно, эффективнее методов, учитывающих события тысячелетней давности. Метод также предполагает, что чужеродная ДНК, попадающая в микробы из среды, может быстро удаляться естественным отбором.

Используя PopCOGenT, исследователи применили подход "обратной экологии". Он выявляет в геномах новых популяций участки селективного sweep'а — места, где генетическое разнообразие снижено из-за сильного отбора полезного варианта. Сопоставляя распределение таких популяций, можно обнаружить адаптации к конкретной среде без предварительных знаний о ней.

На примере кишечной бактерии Ruminococcus gnavus метод выявил отдельные популяции, ассоциированные со здоровыми людьми и пациентами с болезнью Крона.

Этот подход может помочь в изучении "гибкого генома" микробов (например, у E. coli 60% генов варьируют между штаммами) и интерпретации частот генов в популяциях с точки зрения эволюционных процессов. Метод, вероятно, увеличит оценки микробного разнообразия, выявляя больше экологически значимых типов, которые у растений и животных классифицировались бы как отдельные виды.