Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего в рамках масштабного сотрудничества с учеными по всему миру разработали новый инструмент поиска, который поможет исследователям лучше понять метаболизм микроорганизмов. Микробы являются ключевыми игроками практически во всех биологических системах окружающей среды, однако ограничения в современных методах, используемых для изучения метаболизма микроорганизмов, затрудняют расшифровку их взаимодействий и активности.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, может изменить понимание как здоровья человека, так и окружающей среды. «Люди – это ходячие экосистемы, в которых микробов значительно больше, чем нам кажется. Но мы так мало знаем о метаболитах, которые производят микробы», – сказал старший автор исследования Питер Доррестейн. Новая технология позволяет сопоставлять микробы с их метаболическими признаками без каких-либо предварительных знаний, что представляет собой значительный скачок в способности изучать микроорганизмы и их сложные взаимоотношения с людьми и экосистемами.
Полезные микробы играют ключевую роль в здоровье человека, заселяя определенные участки тела, включая кожу, где они защищают нас от внешних патогенов, и кишечник, где они способствуют таким важным функциям, как усвоение питательных веществ и регулирование иммунной системы. Нарушение микробных сообществ в нашем организме связано с широким спектром заболеваний.
«Этот ресурс поможет нам исследовать роль микробиома при таких состояниях здоровья, как заболевания печени, воспаление кишечника, диабет, атеросклероз и другие», – добавил Доррестейн. Микробы находятся в центре важных экологических процессов, таких как круговорот углерода и азота. Когда происходит нарушение в микробных сообществах, экосистемам труднее осуществлять круговорот питательных веществ, что приводит к широкому спектру разрушительных экологических дисбалансов.
«Одна из проблем изучения микробов на молекулярном уровне заключается в определении того, какие микробы производят какие молекулы. Если представить колонии микробов как многолюдные вечеринки с большим количеством разговаривающих людей, то ранее эксперименты могли только записывать звук разговоров, но мы хотели найти способ его расшифровать, чтобы выяснить, кто что говорит», – говорит первый автор работы Симона Зуффа.
Чтобы помочь создать новый инструмент поиска, который называется microbeMASST, ученые собрали более 100 миллионов единиц данных из 60 000 различных образцов микроорганизмов, собранных учеными со всего мира. Эта база данных включает микробы из растений, почв, океанов, озер, рыб, наземных животных и людей.
Сопоставляя экспериментальный образец с этой огромной библиотекой отдельных микробов, microbeMASST может определить, какие микробы присутствуют в этом образце. «Не существует инструмента, который мог бы это сделать, а наш может выяснить это за считанные секунды», – добавил Зуффа.
Поскольку microbeMASST может идентифицировать микробы в образце без каких-либо предварительных знаний, исследователи уверены, что применение этой технологии распространится на различные области биологии, такие как аквакультура, сельское хозяйство, биотехнологии и изучение состояний здоровья, опосредованных микробами.
«Мы ожидаем, что microbeMASST станет преобразующим ресурсом для исследовательского сообщества в области наук о жизни», – сказал Доррестейн. Кроме того, со временем инструмент будет только совершенствоваться по мере того, как ученые будут собирать больше данных для использования в системе.
[Фото: ru.123rf.com]