Российские ученые создали новый метод быстрого анализа состава бактерий
Новую технологию быстрой оценки видового состава и функциональной активности микроорганизмов и их сообществ, получившую название DirectMS1, разработала научная группа ученых, в которую вошли специалисты Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ»), 2 декабря сообщает пресс-служба вуза.
В разработке и исследовании нового метода, созданного специалистами Института энергетических проблем химической физики ФИЦ химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, кроме ученых НИУ «БелГУ», приняли участие их коллеги из Сколтеха, МФТИ и Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН.
Если существовавшие ранее методы требовали длительного и сложного сбора экспериментальных данных, то теперь ученые отказались от фрагментации белков, что позволило сократить время анализа видового состава и функциональной активности микроорганизмов с часа до семи минут.
Директор регионального микробиологического центра НИУ «БелГУ», профессор, доктор биологических наук Инна Соляникова отметила важность данной разработки:
«Учитывая многообразие микробного метаболизма, была проведена большая работа, которую можно рассматривать как стартовую точку для развития исследований в данном направлении. Учитывая теоретическую и практическую значимость полученных результатов, исследования мы продолжаем и уверены в эффектах от разработанной методики для контроля за поведением микроорганизмов в окружающей среде».
Новый метод был протестирован на отдельных популяциях микроорганизмов, модельных микробных сообществах, состав которых был известен, с учетом доступных экспериментальных данных о микробиоте кишечника человека.
Для сокращения времени анализа исследователи процесс определения бактериальных видов разделили на два этапа. На первом проводился предварительный поиск, который позволил сократить базу данных до наиболее вероятных бактерий, находящихся в тестируемом образце, и уже ее на втором этапе использовали для точного определения видов.
Анализ белков 19 заранее известных штаммов бактерий показал, что алгоритм, использованный в DirectMS1, позволяет определять виды микроорганизмов с точностью 95%. От также позволил выявить изменения в метаболизме бактерий, вызванные влиянием среды обитания.
Ученые исследовали изменения биохимической активности двух видов актинобактерий рода Rhodococcus, способных расщеплять ароматические углеводороды, что может быть использовано для утилизации токсичных отходов нефтеперерабатывающей промышленности.
Было установлено, что в среде с вредными веществами бактерии активно синтезировали набор белков-ферментов, которые разлагали эти вещества. Измерения количества таких соединений позволяли быстро оценивать эффективность и жизнеспособность исследуемых бактерий.
«Очень рада, что наши совместные исследования позволили получить первые и очень многообещающие результаты по быстрому скринингу микроорганизмов. При постановке задачи мы исходили из того, что мероприятия по очистке окружающей среды с использованием биопрепаратов требуют мониторинга поведения интродуцированных в экосистемы штаммов, а для точной идентификации близкородственных штаммов исследователи нуждаются в быстрых и точных методах анализа», — пояснила Инна Соляникова.
Она сообщила, что исследователи проделали очень кропотливую работу, использовав в ее ходе данные, полученные как в процессе биоинформационного анализа, так и экспериментальные данные по биохимической характеристике отдельных микробных штаммов в конкретных условиях жизнедеятельности.
Это было необходимо для определения тех белков и частей белковых молекул, которые позволяют определять и выделять из анализируемой смеси бактерий близкородственные штаммы.
Результаты исследования были представлены в статье «Сверхбыстрая метапротеомика для количественной оценки изолятов штаммов и микробиомов» (Ultrafast metaproteomics for quantitative assessment of strain isolates and microbiomes), опубликованной в Microchemical Journal.
