Среда, 21 февраля, 2024
ДомойБиологияКак ученые подслушивают микробов, чтобы произвести революцию в исследованиях

Как ученые подслушивают микробов, чтобы произвести революцию в исследованиях

- Advertisement -

Ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали microbeMASST, новый инструмент, который значительно продвигает исследования микробного метаболизма за счет идентификации микробов и их метаболических характеристик. Этот прорыв может изменить наш подход к исследованиям в области здравоохранения и окружающей среды. Фото: SciTechDaily.com

Используя базу данных, содержащую более 60 000 микроорганизмов, курируемую исследователями со всего мира, новый инструмент поиска мгновенно сопоставляет микробы с метаболитами, которые они производят.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего в рамках большого сотрудничества с учеными всего мира разработали новый инструмент поиска, который поможет исследователям лучше понять метаболизм микроорганизмов. Микробы являются ключевыми игроками практически во всех биологических и экологических системах, однако ограничения современных методов, используемых для изучения микробного метаболизма, затрудняют расшифровку их взаимодействий и деятельности.

Новое исследование, опубликованное 5 февраля 2024 г. Природная микробиологиянапрямую устраняет эти ограничения, которые в конечном итоге могут изменить наше понимание как здоровья человека, так и окружающей среды.

Скачок вперед в микробных исследованиях

«Люди — это ходячие экосистемы, в которых микробы значительно превосходят нас по численности, но мы так мало знаем о метаболитах, которые производят микробы», — сказал старший автор исследования Питер Доррестейн, доктор философии, профессор фармакологии и педиатрии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и профессор Skaggs. Школа фармации и фармацевтических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Эта технология позволяет нам сопоставлять микробы с метаболическими признаками, которые они производят, без каких-либо предварительных знаний, что представляет собой большой шаг вперед в наших возможностях изучать микроорганизмы и их сложные взаимоотношения с людьми и экосистемами».

Инновационный инструмент, который ученые называют microbeMASST, был разработан учеными из Совместного центра микробных метаболитов Калифорнийского университета в Сан-Диего, инициативы, поддерживаемой Национальными институтами здравоохранения (NIH), целью которой является создание международного хранилища данных микробного метаболизма, чтобы помочь исследователям, изучающим сложное взаимодействие между микробами. и люди.

Влияние на здоровье человека и окружающую среду

Полезные микробы играют ключевую роль в здоровье человека, колонизируя определенные участки тела, включая кожу, где они защищают нас от внешних патогенов, и кишечник, где они способствуют важным функциям, таким как усвоение питательных веществ и регулирование иммунной системы. Нарушение микробных сообществ в нашем организме связано с широким спектром заболеваний.

«Этот ресурс поможет нам механически изучить роль микробиома в таких состояниях здоровья, как заболевания печени, воспалительные заболевания кишечника, диабет, атеросклероз и другие», — добавил Доррестейн.

Микробы также находятся в центре важных экологических процессов, таких как циклы углерода и азота. Когда микробные сообщества, участвующие в этих процессах, разрушаются, экосистемам может стать труднее осуществлять круговорот питательных веществ, что приводит к широкому спектру разрушительных экологических дисбалансов.

Из-за их решающей роли в окружающей среде и взаимодействия с более крупными организмами метаболизм микробов является движущей силой практически во всех аспектах биологии. Однако огромный метаболический потенциал микробных сообществ часто упускается из виду в современных экспериментах, которые обычно рассматривают микробный метаболизм только с широкой точки зрения.

«Одна из проблем изучения микробов на молекулярном уровне заключается в том, что трудно сказать, какие микробы производят какие молекулы, если вы уже не знаете, что ищете», — сказала первый автор Симона Зуффа, постдокторант, работающий с Доррестейном. «Если вы думаете о колониях микробов как о многолюдных вечеринках с множеством говорящих людей, наши нынешние эксперименты могут записывать только звук, но мы хотим найти способ расшифровать этот звук, чтобы выяснить, кто что говорит».

microbeMASST: революционный инструмент

Чтобы помочь в создании нового инструмента поиска, который исследователи назвали microbeMASST, исследователи из Совместного центра микробных метаболитов Калифорнийского университета в Сан-Диего собрали более 100 миллионов точек данных из 60 000 различных образцов микробов, собранных учеными со всего мира. Эта база данных была тщательно составлена ​​на основе вклада сообщества и метаданных и включает микробы из растений, почв, океанов, озер, рыб, наземных животных и людей.

Сравнивая экспериментальный образец с этой огромной библиотекой отдельных микробов, microbeMASST может определить, какие микробы присутствуют в этом образце.

«Не существует инструмента, который мог бы сделать это, а наш может сделать это за считанные секунды», — добавил Зуффа.

Трансформационный потенциал наук о жизни

Поскольку microbeMASST может идентифицировать микробы в образце без каких-либо предварительных знаний, исследователи уверены, что применение этой технологии распространяется на различные области биологии, такие как аквакультура, сельское хозяйство, биотехнологии и изучение заболеваний, связанных с микробами.

«Мы ожидаем, что microbeMASST станет преобразующим ресурсом для исследовательского сообщества в области наук о жизни», — сказал Доррестейн. «Кроме того, инструмент со временем будет только улучшаться по мере того, как сообщество будет собирать больше данных для системы».

Ссылка: «microbeMASST: инструмент масс-спектрометрического поиска с таксономической информацией для данных микробного метаболизма», авторы: Симона Зуффа, Робин Шмид, Анелиз Бауэрмейстер, Пауло Вендер П. Гомес, Андрес М. Карабальо-Родригес, Ясин Эль Абиад, Аллегра Т. Арон, Эмили. К. Джентри, Жасмин Землян, Майкл Дж. Михан, Николь Э. Авалон, Роберт Х. Чичевич, Екатерина Бузун, Марвик Каррильо Терразас, Чиа-Юнь Сюй, Рене Олес, Адриана Васкес Айяла, Цзяки Чжао, Хиутунг Чу, Мирте КМ Куйперс , Сара Л. Джекрел, Фидель Тугизимана, Лерато Пертуния Нефали, Ян А. Дюбери, Нтакадзени Эдвин Мадала, Эдуарда Антунес Морейра, Летисия Верас Коста-Лотуфо, Норберто Пепорин Лопес, Паула Резенде-Тейшейра, Паула К. Хименес, Бипин Римал, Эндрю Д. Паттерсон, Мэттью Ф. Тракслер, Рита де Кассия Пессотти, Даниэль Альварадо-Виллалобос, Жизель Тамайо-Кастильо, Присцила Чаверри, Эфраин Эскудеро-Лейва, Луис-Мануэль Кирос-Герреро, Александр Жан Бори, Жюльет Жубер, Адриано Рутц, Жан -Люк Вулфендер, Пьер-Мари Аллард, Андреас Зихерт, Сэмми Понтрелли, Бенджамин С. Пуллман, Нуно Бандейра, Уильям Х. Гервик, Катя Гиндро, Хосеп Массана-Кодина, Беренике К. Вагнер, Карл Форчхаммер, Дэниел Петрас, Николь Айоза, Неха Гарг, Мануэль Либеке, Патрик Бурсо, Кио Бин Канг, Хна Гадхави, Луис Педро Сорио де Карвальо, Мариана Силва дос Сантос, Алисия Исабель Перес-Лоренте, Карлос Молина-Сантьяго, Диего Ромеро, Раймо Франке, Марк Брёнструп, Артуро Вера Понсе де Леон, Филип Байрон Поуп, Сабина Леанти Ла Роса, Джорджия Ла Барбера, Хенрик М. Роагер, Мартин Фредерик Лаурсен, Фабиан Хаммерле, Бьянка Сиверт, Урсула Пейнтнер, Куаутемок Ликона-Кассани, Лорена Родригес-Ордунья, Эвелин Рэмплер, Фелина Хильдебранд, Гунда Келленспергер, Харальд Шойни, Катарина Хоэнвалльнер, Лиза Панценбёк, Рэйчел Грегор, Эллис Чарльз О’Нил, Ив Таллула Роксборо, Джейн Одои, Николь Дж. Бэйл, Су Дин, Яап С. Синнингхе Дамсте, Сюэ Ли Гуан, Джерри Дж. Куи , Коу-Сан Джу, Дениз Брентан Силва, Фернанда Мотта Рибейру Силва, Гилван Феррейра да Силва, Гектор Х.Ф. Кулен, Карлисмари Грундманн, Джейсон А. Клемент, Хосейн Мохимани, Кирк Бродерс, Керри Л. Макфэйл, Сидни Э. Обер-Синглтон, Кристофер М. Рат, Дэниел Макдональд, Роб Найт, Минксун Ван и Питер К. Доррестейн, 5 февраля 2024 г., Природная микробиология.
DOI: 10.1038/s41564-023-01575-9

В число соавторов исследования входят: Симона Зуффа, Робин Шмид, Анелиз Бауэрмейстер, Пауло Вендер П. Гомес, Андрес М. Карабальо-Родригес, Ясин Эль-Абиад, Жасмин Землян, Майкл Дж. Михан, Аллегра Т. Арон, Николь Э. Авалон, Нуно Бандейра, Уильям Х. Гервик, Екатерина Бузун, Марвик Каррильо Терразас, Чиа-Юнь Сюй, Рене Олес, Адриана Васкес Айала, Цзяци Чжао, Хиутунг Чу, Мирте С.М. Куиджперс, Сара Л. Джекрел, Бенджамин С. Пуллман, Роб Найт и Дэниел Макдональд.

Среди других соавторов: Алегра Т. Арон из Денверского университета, Эмили К. Джентри из Технологического института Вирджинии, Роберт Х. Цичевич из Университета Оклахомы, Фидель Тугизимана, Лерато Пертуния Нефали и Ян А. Дубери из Йоханнесбургский университет, Нтакадзени Эдвин Мадала из Университета Венды, Эдуарда Антунес Морейра, Летисия Верас Коста-Лотуфо, Норберто Пепорин Лопес и Паула Резенде-Тейшейра из Университета Сан-Паулу, Паула К. Хименес из Федерального университета Сан-Паулу, Бипин Римал, Эндрю Д. Паттерсон, Мэтью Ф. Тракслер и Рита де Кассия Пессотти из Университета штата Пенсильвания, Даниэль Альварадо-Вильялобос, Жизель Тамайо-Кастильо, Присцила Чаверри, Эфраин Эскудеро-Лейва и Луис-Мануэль Кирос-Герреро из Университета Коста-Рики, Александр Жан Бори , Жюльет Жубер, Адриано Рутц, Жан-Люк Вольфендер и Пьер-Мари Аллард из Женевского университета, Андреас Зихерт и Сэмми Понтрелли из ETH Zurich, Катя Гиндро и Жозеп Массана-Кодина из Agroscope, Беренике К. Вагнер, Карл Форшхаммер и Даниэль Петрас в Тюбингенском университете Николь Айоса и Неха Гарг. В Технологическом институте Джорджии Мануэль Либеке и Патрик Бурсо из Института морской микробиологии Макса Планка, Кё Бин Канг из Женского университета Сукмён, Хна Гадхави, Луис Педро Сорио де Карвалью и Мариана Силва душ Сантос из Института Фрэнсиса Крика, Алисия Исабель Перес- Лоренте, Карлос Молина-Сантьяго и Диего Ромеро из Университета Малаги-Высший совет научных исследований Раймо Франке и Марк Брёнструп из Центра исследований инфекций имени Гельмгольца, Артуро Вера Понсе де Леон, Филипп Байрон Поуп и Сабина Леанти Ла Роза, Норвежский университет жизни наук, Джорджия Ла Барбера и Хенрик М. Роагер из Копенгагенского университета, Мартин Фредерик Лаурсен, Датский технический университет, Фабиан Хаммерле, Бьянка Зиверт и Урсула Пайнтнер из Инсбрукского университета, Куаутемок Ликона-Кассани и Лорена Родригес-Ордуна из Tecnologico de Monterrey , Эвелин Рэмплер, Фелина Хильдебранд, Гунда Кёлленспергер, Харальд Шойни, Катарина Хоэнвалльнер и Лиза Панзенбек из Венского университета, Рэйчел Грегор из Массачусетского технологического института, Эллис Чарльз О’Нил, Ева Таллула Роксборо и Джейн Одои из Ноттингемский университетНиколь Дж. Бэйл, Су Дин и Яап С. Синнингхе Дамсте из Нидерландского института морских исследований, Сюэ Ли Гуан из Наньянского технологического университета, Джерри Дж. Цуй и Коу-Сан Джу из Университета штата Огайо, Дениз Брентан Силва и Фернанда Мотта Рибейру Силва из Федерального университета Мату-Гросу-ду-Сул, Гилван Феррейра да Силва из Embrapa Amazônia Ocidental, Гектор Х.Ф. Кулен из Университета штата Амазонас, Карлисмари Грундманн из Университета Сан-Паулу, Рибейран Прету, Джейсон А. Клемент из Баруха С. Блумберга Института, Хосейн Мохимани из Университета Карнеги-Меллон, Кирк Бродерс из Министерства сельского хозяйства США, Керри Л. Макфэйл из Университета штата Орегон, Сидни Э. Обер-Синглтон из Университет ОрегонаКристофер М. Рат из Эммеривилля, Калифорния, и Минсюнь Ван из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Это исследование частично финансировалось Национальные институты здоровья (предоставляет U24DK133658, U19AG063744, 1DP2GM137413, F32AT011475, R01 GM107550, R01 GM137135, U01 DK119702, S10 OD021750, 1R01LM013115, 1R01GM132649, DP1AT010885, T32 DK007202), Национальный научный фонд (грант 2152526), ​​Министерство сельского хозяйства США, Служба сельскохозяйственных исследований. , Национальный исследовательский фонд Кореи (гранты NRF-2020R1C1C1004046, NRF-2022R1A5A2021216 и NRF-2022M3H9A2096191), Австрийский научный фонд (грант P31915), Немецкий исследовательский фонд (гранты EXC 2124 и TRR 261), Исследовательский фонд Сан-Паулу ( гранты №2018/24865-4, №2019/03008-9, №2020/06430-0, №2022/12654-4, №2015/17177-6, №2020/02207-5, №2021/10603-0) , Национальный совет по научному и технологическому развитию (CNPq), Исследовательский совет Норвегии (грант 311913), Фонд Ново Нордиск (грант NNF19OC0056246), Независимый исследовательский фонд Дании (грант 0171-00006B), Проект ERA-Net Cofund BlueBio ( грант 311913), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas, Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul – FUNDECT (гранты 71/032.390/2022 и 311/2022), Бетти и Фонд Гордона Мура и Общество Макса Планка.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме