Новый метод секвенирования генов выявил поразительное разнообразие кишечных бактерий
Совместная работа учёных-компьютерщиков и генетиков из Стэнфордского университета привела к созданию нового метода картирования разнообразия бактерий, живущих в кишечнике человека.
Новый подход показал гораздо более разнообразное сообщество, чем ожидали исследователи. «Бактерии генетически гораздо более гетерогенны, чем мы думали», — сказал Майкл Снайдер, PhD, профессор и заведующий кафедрой генетики.
Любые два человека обычно отличаются примерно на 1 из 1000 пар оснований ДНК, тогда как бактерии одного вида могут отличаться на 250 из 1000, отметил Снайдер. «Я не думаю, что люди осознавали, насколько велико это разнообразие. Сложность, которую мы обнаружили, поразительна», — сказал он.
Новый метод преодолевает ограничения текущей технологии секвенирования, которая анализирует очень короткие фрагменты ДНК. Собрать целые геномы из смеси множества разных бактерий — всё равно что собрать 100 пазлов из общей кучи перемешанных деталей.
Команда использовала новые вычислительные подходы и секвенирование «длинными ридами» (long-read DNA sequencing), чтобы создать более чёткую картину бактериального сообщества, или микробиома, кишечника одного мужчины.
Суть метода:
- Сложный алгоритм собирает короткие фрагменты (100 оснований) в более длинные сегменты (10 000 оснований).
- Затем эти сегменты собираются в ещё более длинные фрагменты и, в конечном итоге, в целые геномы.
- Такие длинные последовательности ДНК охватывают сотни или тысячи генов, которые невозможно восстановить при короткофрагментном секвенировании.
Результаты и значение:
- Метод позволяет различать не только разные виды бактерий, но и разные штаммы одного вида. В одном образце кишечного содержимого для одного вида бактерий было обнаружено пять отдельных штаммов.
- Это важно, поскольку разные штаммы могут по-разному влиять на здоровье (например, безвредные и смертельно опасные штаммы E. coli).
- Метод позволяет изучать гены вирулентности непосредственно в смеси бактерий из образца, без необходимости выделять и выращивать их в чистой культуре в лаборатории.
- Подход упрощает построение эволюционной истории штаммов инфекционных бактерий или вирусов (например, Эбола).
- Метод применим для изучения микробного разнообразия не только у людей, но и у животных, а также в растениях, воде и почве.
Исследование будет опубликовано 14 декабря в журнале Nature Biotechnology. Ведущий автор — аспирант по компьютерным наукам Володимир Кулешов. Со-старшими авторами являются профессор Майкл Снайдер и профессор компьютерных наук Серафим Бацоглу, PhD.