Метод «обратной генетики» позволяет культивировать ранее некультивируемые микроорганизмы

В последнее десятилетие ученые при помощи новейших методов исследования генома обнаружили присутствие микробной ДНК во всем, начиная с кишечника человека и заканчивая морской водой. Но культивировать большинство микробов в лаборатории непросто из-за сложности имитирования их естественной среды обитания. Теперь, благодаря новому методу «обратной геномики», удалось культивировать бактерии из образцов слюны человека в лаборатории. Открытие, возможно, объяснит роль этих микроорганизмов.

«Это исследование вдохновляет, в начале 1980-х мы даже не могли себе представить ничего подобного», — говорит Норман Пейс, микробиолог из Университета штата Колорадо в Боулдере, который не участвовал в работе. Пейс провел новаторское исследование рибосомальной РНК, чтобы обнаружить новые микробы в горячих источниках и других экстремальных условиях. Новая работа, по его словам, «использует современные технологии» для культивирования ранее идентифицированных, но некультивируемых видов.

Предположение о большом количестве ранее не изученных микробов обусловлено возможностями секвенирования ДНК, благодаря которым удается выделить конкретную бактерию или изучить весь генетический материал в изолированной среде, такой как ротовая полость человека. Но из-за невозможности культивировать эти микроорганизмы нельзя было подтвердить их существование и выяснить их роль в соответствующих микробиомах. В частности, в кишечнике человека насчитывается до 1000 видов микроорганизмов, но секвенирование не объяснило их роль в пищеварении, иммунных реакциях, метаболизме лекарств и других процессах. «Многие микроорганизмы существуют только в компьютере», — говорит Мирча Подар — руководитель исследования, занимается изучением эволюции микробной геномики в Ок-Риджской Национальной лаборатории в штате Теннесси.

Подар и его коллеги были нацелены на Saccharibacteria — главным образом живущие в ротовой полости микроорганизмы, из которых около десятка видов обитают в организме человека. Но поскольку они составляют такую ​​крошечную часть микробиома — менее 1 % — их трудно выделить и культивировать.

Команда Подара выбрала стратегию с использованием антител для получения изолятов Saccharibacteria, которые были секвенированы (но не культивированы) из слюны и других жидкостей полости рта. Сначала они искали гены в ДНК Saccharibacteria которые, вероятно, кодировали поверхностные белки клеток. Иммунная система вырабатывает антитела, реагируя на участки белков клеточной поверхности, которые она может распознать.

Сравнение с другими бактериями позволило исследователям идентифицировать специфические участки поверхностных белков, которые, вероятно, активируют гуморальный иммунный ответ. После введения этих фрагментов белка кроликам ученые очистили антитела и пометили их флуоресцентным красителем. Далее авторы смешали меченые антитела со слюной, что позволило выделить относительно редкие Saccharibacteria из смеси клеток в образцах. Затем они поместили бактерии в самые разнообразные лабораторные среды, которые представляют собой бульоны, приготовленные из тканей различных органов, сахара, сои, витаминов и желудочного сока. В итоге удалось найти среды, благоприятные для бактерий.

Авторы считают, что их метод обратной геномики «должен широко применяться для исследования любых организмов-мишеней», позволяя им выделять и выращивать ранее некультивируемые микроорганизмы. Подар говорит, что новая методика приведет к проверке предположений и гипотез, которую нельзя осуществить, используя лишь секвенирование.

Подар отмечает, что важным препятствием для культивирования многих микробов является то, что никто не знает, как другие организмы могут ингибировать или стимулировать их рост. «Как только вы выделите организмы-мишени, вы сможете исследовать благоприятные для микроорганизма условия», — говорит он. Ученый также отмечает, что теперь появилась возможность исследовать то, каким образом эти бактерии взаимодействуют с другими представителями микробиома.