Популяция микроорганизмов, живущих в нашем кишечнике, известная как кишечная микробиота, играет решающую роль в контроле нашего метаболизма и снижении риска таких состояний, как ожирение и диабет.

Исследования показали, что способ стимулировать рост таких полезных микроорганизмов и модулировать их состав для достижения здорового баланса – это добавлять в нашу диету определенные формы клетчатки, такие как инулин. Однако из всех десятков триллионов микроорганизмов в микробиоте кишечника было трудно определить, какие и как микроорганизмы реагируют на пищевые волокна. Это связано с тем, что современные методы основаны на наличии эталонных геномов в базах данных последовательностей ДНК для точной таксономической классификации и точных функциональных назначений конкретных организмов, но на самом деле примерно половина видов кишечника человека не имеет эталонного генома. Кроме того, существующим методам требуются часы или даже дни для выполнения задачи.

Чтобы решить эту проблему, ученые Университета Васеда разработали новую методику, называемую одноклеточные амплифицированные геномы в платформе секвенирования гелевых шариков (SAG-гель), которая может обеспечить одновременное получение нескольких черновых геномов кишечной микробиоты и выявить бактерии, которые отвечают для пищевых волокон на уровне видов без необходимости в существующих эталонных геномах. Более того, преимущество этого метода заключается в том, что получение черновых геномов по необработанным данным секвенирования всего генома занимает всего 10 минут, поскольку все данные получены исключительно из отдельных микробов. Это значительно ускоряет время, необходимое для процесса.

Наша новая технология секвенирования одноклеточных геномов позволяет получать каждый бактериальный геном отдельно и характеризовать некультурные бактерии со специфическими функциями в микробиоте, и это может помочь нам оценить метаболические линии, участвующие в бактериальной ферментации клетчатки и метаболические результаты в кишечнике. на основе употребляемых волокон. Он вводит расширенный и эффективный функциональный анализ некультурных бактерий в кишечнике. "

Масахито Хосокава, доцент факультета естественных наук и инженерии Университета Васеда и автор соответствующего исследования

Ученые делали кормление мышей на основе инулина в течение двух недель и использовали метод случайного захвата отдельных бактериальных клеток, обнаруженных в образцах фекалий мышей, в крошечные гелевые шарики. Затем бактериальные клетки индивидуально обрабатывали в гелевых гранулах, плавающих в пробирке, и путем массивно-параллельного секвенирования получали более 300 одноклеточных амплифицированных геномов (SAG) или геномов из одноклеточного организма, такого как бактерии. Поскольку каждый SAG в среднем состоит из десятков тысяч операций чтения, он обеспечивает чрезвычайно рентабельное секвенирование целых геномных клеток-мишеней. После контроля качества и классификации SAG, ученые определили, какие бактерии ответственны за расщепление инулина и извлечение энергии из него.

«Согласно нашим результатам, богатая инулином диета увеличивала активность видов Bacteroides внутри кишечника мыши», – объясняет Хосокава. Кроме того, из черновиков геномов вновь обнаруженных видов Bacteroides мы обнаружили специфический кластер генов для расщепления инулина и специфический метаболический путь для производства специфических короткоцепочечных жирных кислот, метаболита, который продуцируется микробиота кишечника. Подобные результаты помогут ученым в будущем прогнозировать метаболическую ферментацию пищевых волокон на основе наличия и способности конкретных респондеров ».

Этот метод может быть применен к бактериям, живущим где угодно, будь то внутри кишечника человека, в океане или даже в почве. Хотя необходимо повысить ее точность, поскольку считывание последовательности ДНК для некоторых генных областей считается трудным, Хосокава надеется, что этот метод будет применяться в медицине и промышленности и будет использоваться для улучшения здоровья людей и животных.

Их результаты были опубликованы в Microbiome 23 января 2020 года.