Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyasında (Berkeley Laboratoriyası) inkişaf etdirilən yeni texnika tədqiqatçılara mikroblarda naməlum funksiyaya malik genlər tərəfindən kodlanan əlamətlərin və ya fəaliyyətlərin aşkar edilməsini xeyli asanlaşdıracaq, bu, ayrı-ayrı növlərin rollarını və təsirini başa düşmək yolunda əsas addımdır.

Barkodlu həddindən artıq ifadəli bakterial ov tüfəngi kitabxanası ardıcıllığı və ya Boba-seq adlanan yanaşma 5 avqustda Nature Communications -da dərc olunan məqalədə təsvir edilmişdir .

“Mikrob kainatında o qədər çox genetik qaranlıq maddə – DNT var ki, biz bugünkü üsullarla tez ardıcıllıqla sıralaya bilərik, lakin funksiyasını bilmirik. Və sual budur ki, biz nə vaxtsa bütün bu məsələni necə öyrənəcəyik. Bizi əhatə edən mikrobiomları başa düşürsünüzmü? Əsas cavab belədir” dedi Berkeley Laboratoriyasının Biosciences Bölgəsində baş professor Adam Arkin.

Boba-seq maraqlı bakteriyalardan təsadüfi DNT fraqmentlərinin götürülməsini və onları ev sahibi bakteriya hüceyrələrində ifadə etməyi əhatə edir .

“İdeya ondan ibarətdir ki, biz yeni genlərin mövcudluğunun bu bakteriyanın böyüməsinin fenotipində necə fərq yarada biləcəyini görə bilərik” dedi birinci müəllif Yolanda Huang, Buffalo Universitetinin Mikrobiologiya və İmmunologiya kafedrasının dosenti. Tədqiqat zamanı Arkının laboratoriyası. “Bu, potensial funksiya ilə geni və ya DNT ardıcıllığının bir hissəsini tez birləşdirmək üçün istifadə edə biləcəyimiz funksional genomik yanaşmadır.”

Addakı “barkod” termini, elm adamlarının DNT-nin daha böyük fraqmenti üçün identifikasiya etiketi kimi istifadə etdiyi kiçik bir DNT ardıcıllığına aiddir, məsələn, bir baqqal mağazasındakı ştrix kodun xüsusi bir maddəni kiçik kodla müəyyən etməsi kimi. Tədqiq olunan orqanizmin bütün genomu təsadüfi olaraq tək genləri və ya bir neçə genin çoxluqlarını ehtiva edən fraqmentlərə ayrılır, sonra unikal barkodlarla işarələnmiş plazmidlərə – DNT-nin dairəvi paketlərinə daxil edilir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1723663568&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-revealing-mysteries-microbial-genomes-high.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMDAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTAwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTAwIl1dLDBd&dt=1723663075069&bpp=2&bdt=360&idt=222&shv=r20240812&mjsv=m202408070101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1723663355%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1723663355%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=6172653483553&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2128&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759842%2C44795921%2C95334524%2C95334830%2C95337869%2C95338262%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=782364513463692&tmod=1526461742&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2F12h%2Fpage4.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Boba-seq “kitabxanası” orqanizmin fraqmentlərini ehtiva edən bütün ştrix kodlu plazmidlərə aiddir. Bu kitabxana çoxlu sayda genetik variant yaratmaq üçün müxtəlif bakteriya sahiblərinə daxil edilə bilər, sonra yeni davranışlar və ya xüsusiyyətlər üçün yoxlanılır.

Arkin və onun Biosciences sahəsindəki həmkarları gen funksiyasını öyrənmək üçün yüksək məhsuldarlıq texnikaları üzrə aparıcı ekspertlərdir və RB-TnSeq, CRISPRi və Dub-Seq .

Boba-seq ilə yüz minlərlə ştrix kodlu fraqmentlər ev sahibi hüceyrələrə yerləşdirilə və bir təcrübədə funksiyanı müəyyən etmək üçün müxtəlif şərtlər altında becərilə bilər. Məsələn, müəyyən ştrix kodu olan hüceyrələr bütün mədəniyyət antibiotikə məruz qaldıqda xoşbəxt böyüyürsə, digərləri məhv olursa, bilirsiniz ki, həmin fraqmentdəki gen və ya genlər antibiotiklərə qarşı müqavimət xüsusiyyətlərini kodlayır. Və barkod sayəsində bu yeni qabiliyyətə cavabdeh olan fraqmenti müəyyən etmək ucuz və sürətlidir.

“Yolandanın Boba-seq ilə etdiyi yeniliklər yüz minlərlə fraqmentdən hansının istədiyimiz fenotipi və ya xüsusiyyəti verdiyini müəyyən etməyə imkan verir” dedi Arkin. “Bizim yeni strategiyamız bizə kitabxanalar yaratmağa və onlardan əvvəlki həddindən artıq ifadə yanaşmalarından daha yüksək məhsuldarlıqla istifadə etməyə imkan verir.”

Digər əhəmiyyətli bir irəliləyiş, Boba-seq fraqmentlərinin bir genin nə etdiyini dəqiq təsəvvür etmək üçün vacib olan (və ya yaxın qohumdan) götürüldükləri eyni orqanizmdə sınaqdan keçirilə bilməsidir. Əvvəlki üsullar məhdud idi, çünki onlar yalnız E. coli və maya kimi model orqanizmlərin daxilində genləri sınaqdan keçirirdilər. E. coli-dən çox fərqli olan orqanizmlərin genləri E. coli-də çox vaxt işlək olmur, bu da genlərin nə etdiyi barədə aydın təsəvvür əldə etməyi çətin və ya qeyri-mümkün edir.

Boba-seq-də iştirak edən laboratoriya işlərinin nəticələrini emal etmək üçün istifadə edilən hesablama aləti açıq mənbə platformasında digər tədqiqatçılar üçün əlçatandır.

Arkin laboratoriyasında UC Berkeley aspirantı olan həmmüəllif Allison Hung, “Mən başqalarının Boba-seq-dən dünya miqyasında, xüsusən də bağırsaq və ya ətraf mühitin metagenomik tədqiqatları üçün necə istifadə edə biləcəyini görməkdən həyəcanlanıram” dedi. “Mikrob icmasından funksional məlumatı təcrid etmədən çıxarmaq imkanı böyük miqdarda vaxt və resurslara qənaət edir və hazırda ENIGMA-nın bir hissəsi kimi tədqiq olunan mürəkkəb ekosistemlərdə yaşayanlar kimi laboratoriyada yetişdirilməsi çətin olan mikrobların öyrənilməsi üçün əsas olacaqdır. .”

Genlər və Molekulyar Assambleyalarla İnteqrasiya Edilmiş Ekosistemlər və Şəbəkələr üçün qısaldılmış ENIGMA, Arkının rəhbərlik etdiyi Enerji Departamentinin (DOE) Elmi Fokus Sahəsidir və mikrob icmalarının ekosistemlər vasitəsilə qida maddələrini necə dövrə vurduğunu və zəhərli ağır metal çirkləndiricilərini detoksifikasiya etdiyini başa düşməyə yönəlmişdir.

Boba-seq-i qurduqdan və təkmilləşdirdikdən sonra Arkinin komandası insan bağırsağında bol olan və daxili mikrobiomumuzda bir çox rol oynadığı bilinən mikrobların taksonomik sırası olan Bacteroidales-dəki genləri tədqiq edərək yeni texnikanı sınaqdan keçirdi. Bacteriidales həm də yerüstü torpaq proseslərində əsas oyunçudur, burada üzvi maddələri parçalayır və qida maddələrini bitkilərə qaytarır. Komanda altı Bacteroidales növünün kitabxanalarından 305.000 ştrix kodlu fraqment yaratdı və paralel olaraq 21.000-dən çox protein kodlaşdıran geni qiymətləndirdi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2996406042&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1723663619&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-revealing-mysteries-microbial-genomes-high.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMDAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTAwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTAwIl1dLDBd&dt=1723663075071&bpp=1&bdt=362&idt=228&shv=r20240812&mjsv=m202408070101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1723663355%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1723663355%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C540x135&nras=1&correlator=6172653483553&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=4098&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=1354&eid=44759875%2C44759926%2C44759842%2C44795921%2C95334524%2C95334830%2C95337869%2C95338262%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=782364513463692&tmod=1526461742&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2F12h%2Fpage4.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=M

Prinsip sübutu olan bu təcrübələrin nəticələri müəyyən lipid molekullarını yaradan fermentləri kodlayan genlərin sefalosporin sinfində olan antibiotik olan seftriaksona qarşı müqavimət göstərdiyini ortaya qoydu. Bu genlər əvvəllər antibiotik müqaviməti ilə əlaqələndirilməmişdir və əlavə araşdırma tələb edir.

Komanda həmçinin karbohidrat mübadiləsində bir sıra yeni funksiyalar, o cümlədən qlükozamin, sümüklərdə, birləşdirici toxumada və həşərat və xərçəngkimilərin ekzoskeletlərində olan dəyişdirilmiş şəkər molekulunu metabolizə etmək üçün lazım olan fermenti kəşf edib. Bağırsaqda mikroblar enerji molekulu kimi və hüceyrə divarlarını qurmaq üçün qlükozamindən istifadə edirlər, halbuki bağırsağın selikli qişasını təşkil edən insan hüceyrələri ondan sağlam qida qəbulunu təmin edən və patogenlərin işğalının qarşısını alan selikli qişa istehsal etmək üçün istifadə edirlər.

Huang dedi ki, Bacteriidales haqqında bu anlayışlar sağlamlıq tədqiqatçılarına bağırsaq funksiyasını daha yaxşı başa düşməyə kömək edəcək, çünki bu əmr “çox vaxt kommensallar kimi çıxış edir və həqiqətən bağırsaq sağlamlığını qoruyur”. “Ancaq müəyyən dövlətlərdə, Bacteroides tərəfindən buraxılan qida patogenlər tərəfindən öz böyüməsini dəstəkləmək üçün istifadə edilə bilər.”

Arkin və onun ENIGMA həmkarları indi torpaq mikroblarının əksər həyat formalarının metabolizə edə bilmədiyi mühitdəki mürəkkəb karbon əsaslı molekullardan necə enerji əldə etdiyini araşdırmaq üçün Boba-seq-dən istifadə edirlər. Eyni zamanda, Huang, Buffalo Universitetinin Jacobs Tibb və Biotibbi Elmlər Məktəbindəki yeni laboratoriyasında Boba-seq-dən bakteriyaların bakteriofaqların (bakteriyaları yoluxduran viruslar) hücumlarından yayınmaq, bağırsaqda kolonizasiya səmərəliliyini artırmaq üçün istifadə etdiyi genləri öyrənmək üçün istifadə etməyi planlaşdırır. və kompleks karbohidratları parçalayır.

Daha çox məlumat: Yolanda Y. Huang və digərləri, Bağırsaqda barkodlu həddindən artıq ifadə ekranları Bacteroidales, karbon istifadəsi və stress müqavimətində rolları olan genləri müəyyənləşdirir, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50124-3

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir