Микробиологи научились за семь минут оценивать видовой состав и активность бактерий
Ученые разработали новую технологию быстрого анализа бактериальных белков, позволяющую с точностью до 95 процентов определить состав и жизнеспособность микробиологического образца. При этом даже в сложных смесях почвенных микроорганизмов ошибки при определении бактерий на уровне рода не превышали 12 процентов. Кроме того, разработанный подход позволил отслеживать изменения в метаболизме (обмене веществ) бактерий. Методика может использоваться в медицине для диагностики заболеваний, а также для исследования микробных сообществ в целях экологического мониторинга.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Microchemical Journal. Микробы играют огромную роль в нашей жизни. Они живут в нашем организме, на поверхности кожи, вокруг нас, формируя сложные сообщества, влияющие на наше здоровье и окружающую среду. Изучение этих микроскопических экосистем — сложная задача, поскольку микробы очень разнообразны, а их активность меняется в зависимости от условий окружающей среды.
На сегодняшний день активность микроорганизмов ученые могут оценить с помощью нескольких методов масс-спектрометрии, которые требуют большого количества времени и усилий. Так, с помощью протеомного анализа bottom up и на основе тандемной масс-спектроскопии исследователи анализируют образцы бактериальных белков, при этом их приходится предварительно «разрезать» ферментами на небольшие пептиды, а в случае масс-спектрометрии затем еще дополнительно фрагментировать.
Другой метод, на основе времяпролетной масс-спектрометрии, хотя и позволяет быстро определить, какой вид микробов присутствует в образце, ничего не скажет о состоянии этих микробов: их активности, обмене веществ и так далее. Поэтому нужны новые инструменты, которые позволят не только быстро идентифицировать микроорганизмы, но и оценивать их функциональную активность. Это важно для борьбы с болезнями, защиты окружающей среды и создания новых биомедицинских технологий.
Ученые из Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семенова РАН (Москва) с коллегами разработали новый метод под названием DirectMS1, позволяющий быстро оценить как видовой состав, так и функциональную активность микроорганизмов и их сообществ. Авторы упростили и на порядок ускорили сбор экспериментальных данных, отказавшись от фрагментации белков и сократив часовой эксперимент до семи минут.
Исследователи протестировали метод на отдельных популяциях микроорганизмов, модельных микробных сообществах с известным составом и доступных экспериментальных данных о микробиоте кишечника человека. Так, в рамках подхода экспериментальные данные — последовательности белков бактерий в образце — сопоставлялись с базой данных бактериальных белков, известных на данный момент. Чтобы сократить время анализа, ученые разделили процесс определения бактериальных видов на два этапа: сначала проводили предварительный поиск, сократив таким образом базу данных до наиболее вероятных бактерий, а затем использовали ее для точного определения видов.
Исследователи проверили эффективность такого двухэтапного подхода. Для этого ученые с помощью разработанного метода проанализировали белки 19 заранее известных штаммов бактерий. Оказалось, что двухэтапный алгоритм определяет виды микроорганизмов с точностью 95 процентов.
Кроме того, авторы оценили, сможет ли двухэтапный поиск выделить разные микроорганизмы в смеси почвенных бактерий. В этом случае при определении рода точность метода составила 88 процентов.
Предложенный подход также позволил описать изменения в метаболизме (обмене веществ) бактерий, которые происходят под влиянием среды обитания. Так, ученые проверили, как меняется биохимическая активность двух видов актинобактерий рода Rhodococcus, расщепляющих ароматические углеводороды и, следовательно, перспективных для утилизации токсичных отходов нефтеперерабатывающей промышленности. В окружении вредных веществ бактерии активно синтезировали набор белков-ферментов, участвующих в их разложении. По количеству таких соединений можно быстро оценивать эффективность и жизнеспособность исследованных бактерий.
«Наш подход позволяет проводить быстрый и информативный анализ отдельных микроорганизмов и микробных сообществ. Эту технологию можно применять к любым бактериям и грибам. Она упростит оценку активности микроорганизмов, в том числе патогенных, определение состава и функционального состояния микробиоты для клинической диагностики и экологического мониторинга. В настоящее время совместно с коллегами из Сколтеха, МФТИ и ИОГен РАН мы тестируем наш метод на микробных сообществах почв, микробиоты кишечника сельскохозяйственной птицы и животных моделях болезни Паркинсона.
Мы уверены, что в скором времени сможем предложить микробиологам готовое технологическое решение, которое значительно ускорит функциональный анализ микробиоты и повысит его доступность», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Ирина Тарасова, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семенова РАН.
В исследовании также приняли участие сотрудники Пущинского научного центра биологических исследований РАН (Пущино), Белгородского государственного национального исследовательского университета (Белгород) и Университета Южной Дании (Дания).
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В 2020-х годах шакалы достигли Архангельской области, а еще раньше колонизировали другие регионы Северной Европы. Авторы новой работы проанализировали перспективы и пришли к выводу о неизбежности многократного расширения их европейского ареала в этом веке. Причем ключевую роль в этом играет человек и его действия.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно