محققان به‌تازگی یک پنس هوشمند ابداع کرده‌اند که می‌تواند یک سویه باکتری خاص را از یک تریلیون‌ها میکروبیوم جدا کند و ژنوم آن را به روشی مقرون‌به‌صرفه‌تر از روش‌های فعلی تعیین کند.
به گزارش تکناک، این ابزار همه کاره می تواند تحقیقات دقیق میکروبیوم و پیشرفت در تشخیص و درمان بیماری‌ها را امکان پذیر کند.
توالی یابی ژنوم های باکتری به طور قابل توجهی درک ما را از بیولوژی بسیاری از پاتوژن های باکتریایی بهبود بخشیده و اهداف آنتی بیوتیک جدیدی را شناسایی کرده است. وقتی صحبت از میکروبیوم ها می شود، محققان اغلب می خواهند یک نوع باکتری را مطالعه کنند، نه همه آنها را. مشکل این است که یک باکتریوم خاص تنها بخشی از یک محیط پیچیده است که شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و سلول‌های میزبان دیگر است که هر کدام DNA به همان اندازه پیچیده خود را دارند.
در حال حاضر، دانشمندان باید با استفاده از یک محیط کشت که به طور انتخابی آن سویه را رشد می‌دهد، سویه‌های باکتریایی خاص را از یک نمونه مشخص جدا کنند. این یک فرآیند زمان بر و پر زحمت است که روی همه باکتری ها جواب نمی‌دهد. با این حال، محققان در ایالات متحده از یک روش نوآورانه به نام mEnrich-seq پرده برداری کرده اند که برای افزایش قابل ملاحظه تحقیقات حوزه میکروبیوم طراحی شده است.
گانگ فانگ، نویسنده مسئول این مطالعه گفت: تصور کنید دانشمندی هستید که نیاز به مطالعه نوع خاصی از باکتری ها در یک محیط پیچیده دارد. این کار مثل تلاش برای یافتن سوزنی در انبار کاه است. روش mEnrich-seq اساساً به محققان یک پنس هوشمند می دهد تا سوزنی را که به دنبالش هستند، پیدا کنند.
هدف محققان در توسعه mEnrich-seq، تمایز باکتری ها از یکدیگر قبل از توالی یابی برای غنی سازی باکتری های مورد علاقه و تخلیه DNA پس زمینه بود. برای انجام این کار، این ابزار از موتیف‌های متیلاسیون DNA باکتریایی استفاده می‌کند که به معنای کدهای مخفی نوشته شده بر روی DNA باکتری‌ها است که از آن برای متمایز کردن خود به عنوان بخشی از سیستم ایمنی مادری خود استفاده می‌کنند. در واقع، در نام mEnrich-seq، m مخفف متیلاسیون و seq برای توالی یابی است.
پس از بیرون کشیدن پنس هوشمند، محققان می توانند ژنوم باکتری های مورد نظر را جمع آوری کنند و امکان مطالعه دقیق تر آن را فراهم کنند. محققان توانایی‌های mEnrich-seq را با استفاده از آن بر روی نمونه‌های ادرار سه بیمار مبتلا به عفونت‌های دستگاه ادراری (UTIs) برای بازسازی ژنوم E. coli نشان دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که این ابزار بیش از 99.97 درصد از ژنوم ها را در هر سه نمونه پوشش می دهد و امکان تجزیه و تحلیل جامع ژن های مقاوم به آنتی بیوتیک را در هر ژنوم فراهم می کند. mEnrich-seq مطالعه بدون کشت ژنوم E. coli از میکروبیوم ادرار را با حساسیت بهتر (فراوانی نسبی کمتر باکتری) نسبت به روش‌های استاندارد تسهیل کرد.
بعد از این مرحله محققان توجه خود را به Akkermansia muciniphila معطوف کردند که یک باکتری مستعمره کننده مجرای روده و مرتبط با بیماری هایی مانند چاقی و دیابت نوع 2 است. همچنین در تحقیقات متعددی مشخص شده است که جداسازی این باکتری از نمونه های مدفوع سخت است. با این حال، با استفاده از روش mEnrich-seq، محققان توانستند این کار را انجام دهند و بیش از 99.7 درصد از ژنوم A. muciniphila را از سه نمونه پوشش دادند.
محققان می‌گویند که mEnrich-seq افق‌های جدیدی را در زمینه‌های تحقیقاتی مختلف با ارائه یک رویکرد اقتصادی‌تر به تحقیقات میکروبیوم می‌گشاید که این مسئله در مطالعات مقیاس بزرگ با منابع محدود بسیار مهم است. آنها می گویند که این روش می تواند بر روی طیف گسترده ای از باکتری ها تمرکز کند و آن را به ابزاری همه کاره برای تحقیقات و کاربردهای بالینی تبدیل می کند. با فعال کردن تحقیقات هدفمندتر میکروبیوم، mEnrich-seq می‌تواند توسعه ابزارها و درمان‌های تشخیصی جدید را تسریع بخشد.
فانگ گفت: یکی از هیجان‌انگیزترین جنبه‌های mEnrich-seq، پتانسیل آن برای کشف جزئیاتی است که قبلاً از قلم افتاده بودند، مانند ژن‌های مخصوص مقاومت آنتی‌بیوتیکی که روش‌های توالی‌یابی سنتی به دلیل عدم حساسیت نمی‌توانستند آنها را تشخیص دهند. این روش می تواند یک گام مهم رو به جلو در مبارزه با مسئله جهانی مقاومت آنتی بیوتیکی باشد.
محققان قصد دارند این ابزار را برای بهبود بیشتر کارایی و گسترش دامنه کاربردهای آن اصلاح کنند.
فانگ گفت: ما mEnrich-seq را به عنوان یک ابزار حساس و همه کاره در آینده مطالعات میکروبیوم و کاربردهای بالینی تصور می کنیم.
این مطالعه در مجله Nature Methods منتشر شد.
