03.02.2012

Как найти бактерию в стоге сена, даже если её там нет

Учёные знают, как восстанавливать бактериальный геном при отсутствии самой бактерии.

Изучение микроорганизмов (да и не только их) рано или поздно упирается в необходимость прочитать геном бактерии: ДНК секвенируется, полученная последовательность с тем или иным успехом разбивается на гены. До сих пор у исследователей было два способа провести эту операцию. Первый — вырастить культуру бактерий нужного вида, чтобы получить достаточное количество её генетического материала. Но это, увы, годится не для всех микроорганизмов: учёные до сих пор не знают, как выращивать многих из них. Второй подход заключается в том, что анализу подвергается вся ДНК, содержащаяся, к примеру, в образце почвы или воды из озера. Из этой кучи вычленяется только та ДНК, которая имеет отношение к интересующему виду бактерий. Но для этого нужно, чтобы этот вид доминировал в сообществе или чтобы его геном (либо геном его ближайшего родственника) уже был прочитан.

Исследователи из Вашингтонского университета (США) создали метод, который позволяет взять неизвестную смесь ДНК и распределить её по видам. Все куски генома, обнаруженные в образце, соединяются в один огромный метагеном. Затем с помощью специальной программы, которую авторы описывают в журнале Science, этот метагеном разбивается на отдельные фрагменты, которые уже вполне можно распределить по организмам. Проблема состояла в том, что ДНК бактерии может быть разорвана на такие фрагменты, принадлежность которых к тому или иному геному установить невозможно. И такая каша может состоять из геномных фрагментов десятков, сотен и тысяч видов. Теперь же их можно сшить воедино, и разработанный алгоритм сумеет в этом лоскутном одеяле увидеть те из них, что относятся к одному и тому же виду бактерии.

Эксперимент показал действенность нового метода: в образце морской воды учёным удалось установить присутствие 14 видов бактерий, при этом в двух случаях получилось составить полный геном. Один из них принадлежал бактерии из группы Euryarchaeota, хотя в использованном образце её ДНК была в меньшинстве (всего около 7,5%). Про Euryarchaeota известно, что они широко распространены среди морских микроорганизмов, но ни одну из них не удавалось вырастить в культуре, не говоря уже о секвенировании генома.

Метод вызвал большой энтузиазм в научном сообществе. Во-первых, таким образом можно изучить микроорганизмы, которые до сих пор не давались в руки исследователям: вырезайте из полученного генома отдельные гены и исследуйте их функции. Во-вторых, это может совершить революцию в представлениях о микробной экологии Мирового океана (да и не только океана). Состав бактериальных сообществ и взаимоотношения между бактериями в естественной среде до сих пор изучены не слишком хорошо. Так, тем же Euryarchaeota приписывают важную экологическую роль ввиду некоторых особенностей метаболизма. Теперь и эти особенности, и их экологические аспекты можно постичь во всех подробностях.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА