新的tRNA測序方法顯示微生物組活性

一種新的先進的、高通量的測序技術應該使科學家能夠更牢固地掌握自然產(chǎn)生的微生物在現(xiàn)實環(huán)境和飲食中的活性。芝加哥大學的研究人員開發(fā)了直接分析轉(zhuǎn)移RNA (tRNA)的新技術，為微生物群落對各種環(huán)境變化的反應提供了一個更清晰的圖像，這些環(huán)境變化包括溫度變化或營養(yǎng)物質(zhì)有效性的變化。這項新研究的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在今天的《自然通訊》雜志上，文章題為《高通量轉(zhuǎn)移RNA測序和修飾分析的微生物組特征》。

在目前的研究中，研究小組展示了tRNA測序在低脂或高脂飲食小鼠腸道微生物組樣本中的應用。利用這項研究中描述的新軟件和計算策略，創(chuàng)建了從腸道樣本中提取的tRNA分子的目錄，追蹤它們到負責其表達的細菌，并測量轉(zhuǎn)錄后tRNA中發(fā)生的化學修飾。

作者寫道:“我們報告了一種直接測序方法，tRNA-seq，以及一套軟件，tRNA-seq工具，用于恢復微生物tRNA轉(zhuǎn)錄本的序列、豐度譜和轉(zhuǎn)錄后修飾。”“我們使用tRNA-seq對cecal樣本進行分析，以類似于16S核糖體RNA基因擴增子的方式區(qū)分高脂和低脂喂養(yǎng)的小鼠，并揭示tRNA修飾中的分類單元和飲食依賴變異。”我們的研究結果為復雜環(huán)境微生物體內(nèi)tRNA基因表達和轉(zhuǎn)錄后修飾的動力學提供了特異性的原位觀察。

細菌中的每個tRNA平均有8種化學修飾，可以調(diào)節(jié)其功能。新的高通量測序和分析策略可以檢測到其中的兩種，但它也可以在每個位點測量從0到100%的修改量。其中一種被稱為m1A的修飾，在喂食高脂肪食物的小鼠腸道微生物組中含量更高。這是科學家第一次能夠在任何微生物組中看到tRNA的修飾水平的變化。

芝加哥大學生物化學和分子生物學教授、高級研究員潘濤博士指出:“我們的研究是倒退的。”“我們對m1A tRNA的修飾為何存在以及它們的作用沒有先期的概念，但在微生物組中看到任何修飾的改變都是前所未有的。”

m1A的修飾有助于合成某些類型的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在高脂肪飲食中可能更為豐富。研究人員還不知道這些改變是否會對飲食產(chǎn)生反應，或者它們是否已經(jīng)存在并變得活躍，從而促進這些蛋白質(zhì)的合成。

這項研究是芝加哥大學由凱克基金會資助的一系列微生物組項目中的第一個。潘博士是使用tRNA測序工具的先驅(qū)，這筆贈款將資助繼續(xù)開展的工作，通過芝加哥大學(University of Chicago)醫(yī)學助理教授、聯(lián)合高級研究研究員a·穆拉特·埃倫(A. Murat Eren)博士開發(fā)的新計算策略，讓tRNA測序工具能夠被廣泛使用。tRNA測序產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可以以低成本提供與人類或環(huán)境相關的微生物的關鍵見解。

“過去20年里出現(xiàn)的分子和計算方面的進步，只幫助我們揭開了微生物生命及其對周圍環(huán)境的影響的表面，”埃倫博士說。”通過提供快速和負擔得起的見解轉(zhuǎn)化的核心機械、tRNA測序不僅可能成為一種微生物反應獲得洞察細微的環(huán)境變化,不能輕松地以其他手段來衡量,但也帶來更多的生物學和RNA RNA表觀遺傳學到微生物的快速發(fā)展的領域。”

研究人員對他們的發(fā)現(xiàn)感到興奮，但也認為這種新策略還有很大的改進空間，他們希望這種新策略能很快實現(xiàn)。

“有很多方法可以檢測微生物組的活動，但沒有什么比測序更快、數(shù)據(jù)量更大的了，”潘博士總結道。“在這里，我們開發(fā)了一種新的方法，可以通過tRNA報告微生物組的活動，并以高通量的方式進行。這才是真正的價值所在。

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