Ученые научились изучать бактерии по ДНК из единственной клетки

Пробирки для ПЦР
Фото: Madprime / Wikipedia

Группа биологов из Австралии, Германии, Канады и США поставила на поток выделение ДНК и прочтение генома из всего одной бактериальной клетки. Новый метод позволил ученым проанализировать 201 вид бактерий, каждый из которых никогда не удавалось культивировать в лаборатории. Статья ученых, опубликована в журнале Nature, а ее краткий пересказ приводит Nature News.

Микробиологи исследовали девять образцов, взятых в различных условиях: от подземных вод из золотой шахты в Южной Дакоте и гейзеров до жидкости из химического реактора на заводе в Мехико. Ученые выделили из образцов фрагменты ДНК, размножили их при помощи полимеразной цепной реакции, а затем проанализировали методом дробовика (шотган-секвенированием). Все эти этапы как таковые были известны и раньше, но ученые смогли добиться ранее недоступного сочетания точности и чувствительности с широтой охвата. Если раньше удавалось читать по одной клетке ДНК какого-то одного вида, то в новой работе речь идет уже о десятках видов бактерий на образец. В одном образце может быть несколько десятков разных видов бактерий.

Прочтение геномов бактерий без предварительного культивирования микроорганизмов в лаборатории позволило исследователям определить ряд их особенностей. Биологи обнаружили несколько бактерий с уникальными свойствами: например, один из микроорганизмов использует комбинацию нуклеотидов UGA не в качестве стоп-кодона (места прекращения трансляции РНК), а в качестве кодона, обозначающего аминокислоту глицин. Другая бактерия оказалась обладателем типичного для архей фермента, катализирующего синтез пуринов, а трое из представителей архей, напротив, оказались обладателями типичных для бактерий сигма-факторов, необходимых для синтеза РНК белков. Эти данные говорят о том, что граница между двумя царствами, архей и бактерий, далеко не столь однозначна, как считалось ранее.

По оценкам экспертов, не вовлеченных в новое исследование, новый метод может быть охарактеризован как революционный. Большинство бактерий не удается культивировать в лабораторных условиях, поэтому все традиционные методы исследования оказываются бесполезными. Появление методов молекулярно-генетического анализа привело к открытию «микробной темной материи», однако без должного повышения чувствительности и снижения стоимости прочтения генома эти организмы все равно оставались недоступны для изучения.