Бактерии встречаются повсюду, даже в самых неблагоприятных условиях и в самых неожиданных местах. Они играют важную роль в эволюции живых организмов, что делает их неотъемлемым компонентом практически всех наук – от медицинских изысканий и морской экологии до геологии и космонавтики. К счастью, за несколько десятилетий исследований и введения новых технологий секвенирования бактериальных геномов, ученые наконец смогли заглянуть за биологический занавес многих микроорганизмов. Однако выделить отдельную бактерию или даже конкретный штамм из многообразного микробиома для изучения его генома может оказаться непростой задачей. Ученым часто приходится выделять бактериальный штамм, помещая образцы в культурные среды, специфичные для данного штамма, что позволяет размножаться лишь отобранным бактериям. Этот метод не только ограничивается определенными бактериальными штаммами, но и требует значительных временных затрат.
Генетики и патологи Медицинской школы Икан на горе Синай разработали метод, который позволяет устранить эти проблемы. Их метод под названием mEnrich-seq использует сигнатуры, присутствующие в бактериальной ДНК, чтобы выделить нужный штамм в густонаселённой экосистеме. Хотя mEnrich-seq не является пинцетом в прямом смысле слова, команда из Маунт-Синай сравнила свою новую систему с "умным пинцетом" за ее способность выделить метафорическую иголку из стога бактерий.
Чашка Петри с бактериями
В статье, опубликованной в журнале Nature Methods, исследователи пишут, что "m" в слове "mEnrich-seq" означает метилирование, а "seq" - секвенирование. Это связано с тем, что mEnrich-seq использует естественные мотивы метилирования ДНК бактерий — сигнатуры, встроенные в бактериальную ДНК, которые различают различные штаммы. Хотя бактерии обычно полагаются на эти мотивы для поддержания бесперебойной работы своей иммунной системы, команда из Маунт-Синай поняла, что они могут использовать естественные процессы метилирования ДНК бактерий для изоляции желаемых штаммов от хозяина или фоновых штаммов их микробиомов.
На данный момент эффективность mEnrich-seq доказана в двух клинических случаях. В одном исследователи получили образцы мочи от трех пациентов с диагнозом «инфекция мочевыводящих путей» (ИМП). Они обнаружили, что mEnrich-seq позволяет выделять и реконструировать Escherichia coli (E.coli), основную причину ИМП, с большей эффективностью, чем традиционные методы выделения бактерий. В другом случае исследователи использовали mEnrich-seq для выделения Akkermansia muciniphila, печально известного скрытого кишечного штамма, связанного с диабетом 2 типа, из образцов фекалий трех людей. Оба эксперимента были нацелены на нужные бактериальные штаммы с точностью более 99%.
Несмотря на то что метод mEnrich-seq все еще находится на стадии доказательства концепции, он обещает стать революционным инструментом для изучения микробиома. Команда Маунт-Синай теперь планирует усовершенствовать «умный пинцет», чтобы сделать его более эффективным и применимым для более широкого круга задач.