Микрокомпартментный подход расширяет возможности изучения вирусов в окружающей среде

от

Новый метод значительно улучшает существующий подход к одноклеточному генетическому секвенированию, позволяя учёным быстрее, эффективнее и экономичнее считывать геномы отдельных клеток и вирусных частиц в окружающей среде.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology, учёные из Лаборатории океанических наук Биглоу и компании Atrandi Biosciences впервые применили этот подход в окружающей среде, назвав его геномикой экологических микрокомпартментов.

Секвенируя микробиом в образце поверхностной морской воды из залива Мэйн, исследователи продемонстрировали преимущества метода по сравнению с традиционными процессами, особенно при изучении разнообразного и сложного мира морских вирусов.

«Эта работа демонстрирует, как мы можем увеличить производительность геномики отдельных частиц, повышая не только количество, но и качество данных», — сказала Алина Вайнхаймер, научный сотрудник и ведущий автор статьи.

Традиционный метод, революционизированный Центром геномики отдельных клеток Лаборатории Биглоу, включает сортировку всех отдельных частиц в образце в отдельные лунки на микропланшете. Это позволяет учёным обрабатывать 384 частицы за один цикл.

Новый подход увеличивает эту производительность на порядок. В исследовании учёные получили геномные последовательности более чем 2 000 частиц всего из 300 нанолитров, или менее чем миллиона долей литра, морской воды.

Как работает микрокомпартментная геномика

Микрокомпартментная геномика основана на последних достижениях в области микрофлюидных технологий. Образец разделяется на тысячи крошечных, полупроницаемых пузырьков, каждый из которых содержит триллионную долю литра воды. Отдельные клетки или частицы случайным образом отбираются в отдельные компартменты, а реагенты используются для создания множества копий ДНК.

Усиливаемая ДНК затем помечается уникальным штрихкодом. Когда пузырьки растворяются и весь материал объединяется для секвенирования, этот штрихкод используется для соединения соответствующих последовательностей в полный геном.

Хотя в этом первом применении используется морская вода, Вайнхаймер сказала, что ранние испытания показывают, что процесс также работает с осадками и образцами почвы, которые трудно изучать с помощью методов, которые с трудом различают клетки и неорганические частицы.

Подход не использует проточную цитометрию, как стандартный метод секвенирования отдельных клеток. Это означает, что учёные теряют часть описательных данных, которые предоставляет проточная цитометрия, но преимущество заключается в том, что не требуется предварительная сортировка по размеру, поэтому можно секвенировать любую частицу любого размера.

«Этот подход исключает любой отбор по размеру, поэтому мы можем одновременно обрабатывать всё: от крупных микробов до мельчайших вирусов или даже свободно плавающей ДНК», — сказала Вайнхаймер. «Вы смотрите на микробное сообщество очень целостно».

«Природный микробный мир по-прежнему полон загадок из-за своего экстремального биоразнообразия и малых физических масштабов, что затрудняет его изучение», — добавил Рамунас Степанаускас, директор SCGC и старший автор нового исследования. «Геномика экологических микрокомпартментов создаёт совершенно новые возможности для изучения этого мира».

Этот быстрый подход, не зависящий от размера, будет особенно полезен для изучения вирусов, которые составляют подавляющее большинство микробов в океане, но имеют широкий диапазон размеров и часто бывают слишком маленькими для выделения с помощью проточного цитометра.

Исследование подчёркивает некоторые преимущества нового подхода по сравнению с существующими методами одноклеточного и метагеномного секвенирования. Хотя все методы, протестированные авторами, согласовывались в отношении общего состава микробного сообщества, подход с использованием микрокомпартментов позволил получить уникальные результаты.

Например, методы, использующие проточную цитометрию, по-видимому, выявляют больше крупных вирусов, тогда как новый подход позволяет обнаружить вирусы всех размеров, присутствующих в образце.

Кроме того, микрокомпартментный подход предоставил геномные последовательности, которые были более полными и высокого качества, чем широко используемые метагеномные методы.

Учёные также обнаружили, что многие из вирусных геномов, идентифицированных с помощью нового подхода, принадлежали к семейству вирусов под названием Naomiviridae, которые только недавно были культивированы и имеют такую необычную структуру ДНК, что их можно исключить с помощью других методов.

«Эта группа вирусов была самой многочисленной в нашем наборе данных, и мы обнаружили доказательства того, что она может инфицировать самые распространённые бактерии в океане, но мы упустили бы её полностью с помощью других методов», — сказала Вайнхаймер.

«Мы показываем, что всё ещё можно многое узнать о вирусном сообществе, которое в настоящее время невидимо для нас, и мы начинаем открывать его с помощью этих новых методов».

Предоставлено:
* [Лаборатория океанических наук Биглоу](https://phys.org/partners/bigelow-laboratory-for-ocean-sciences/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте