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 Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Международная группа ученых обнаружила следы трех неизвестных ранее правителей Ассирийской империи, существование которых ставит под сомнение полноту и объективность древних хроник. Исследователи доказали, что царские списки, считавшиеся более века незыблемым источником, составляли с учетом политической цензуры.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Вода в реке может выглядеть абсолютно чистой и прозрачной, но настоящее «досье» на экологическое состояние региона часто скрыто не в ней, а под ней — в донных отложениях. Это своеобразный химический архив, который накапливает все, что попадало в водоем на протяжении десятилетий. Ученые Южного федерального университета взяли на себя труд расшифровать этот архив в глобальном масштабе: они собрали и систематизировали все современные научные данные о том, как токсичные продукты горения оседают на дне рек и озер по всему миру. Результат этой работы позволил впервые увидеть полную картину загрязнения пресноводных экосистем — от Нижнего Дона и сибирских арктических рек до Амазонки, Нила и Миссисипи.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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