新的RNA測序策略提供了對(duì)微生物組的深入了解

芝加哥大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種高通量RNA測序策略來研究腸道微生物組的活性。

這些新工具分析轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)，這是一種分子Rosetta Stone，它將DNA中編碼的遺傳信息轉(zhuǎn)化為執(zhí)行基本生物功能的蛋白質(zhì)。清楚地了解tRNA動(dòng)態(tài)將使科學(xué)家能夠了解天然存在的微生物組的活動(dòng)，并研究它們對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)，例如變化的溫度或營養(yǎng)物質(zhì)的變化。

在Nature Communications上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，由生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授Tao Pan博士領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)和UChicago醫(yī)學(xué)助理教授A. Murat Eren博士展示了tRNA測序在腸道中的應(yīng)用來自小鼠的微生物組樣品，其喂食低脂肪或高脂肪飲食。

該研究中描述的新軟件和計(jì)算策略創(chuàng)建了從腸道樣本中回收的tRNA分子的目錄，追溯到負(fù)責(zé)其表達(dá)的細(xì)菌，并測量轉(zhuǎn)錄后發(fā)生的tRNA中的化學(xué)修飾。

細(xì)菌中的每個(gè)tRNA平均有八種化學(xué)修飾可以調(diào)節(jié)其功能。新的高通量測序和分析策略檢測其中兩個(gè)，但它也可以測量每個(gè)站點(diǎn)0到100%的修改量。一種稱為m1A的修飾水平在喂食高脂肪飲食的小鼠的腸道微生物組中更高。這是科學(xué)家們**次能夠在任何微生物組中看到tRNA的任何修飾水平變化。

“我們正在倒退，”潘說。“我們沒有先入為主的想法，為什么m1A tRNA修飾實(shí)際上存在或者它們正在做什么，但是看到微生物組中任何改變都是前所未有的。”

m1A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豐富。研究人員還不知道這些修飾差異是否與該飲食有關(guān)，或者它們是否已經(jīng)存在并且變得活躍以增強(qiáng)這些蛋白質(zhì)的合成。

該研究是Uckicago的一系列微生物組項(xiàng)目中的**項(xiàng)，該項(xiàng)目由凱克基金會(huì)資助。Pan開創(chuàng)了tRNA測序工具的使用，該資助將資助持續(xù)的工作，通過Eren開發(fā)的新計(jì)算策略使其廣泛可用。通過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(guān)的微生物組的關(guān)鍵見解。

“過去二十年中出現(xiàn)的分子和計(jì)算方面的進(jìn)步只能幫助我們劃清微生物的生命表面及其對(duì)周圍環(huán)境的影響，”Eren說。“通過對(duì)轉(zhuǎn)化機(jī)制的核心提供快速且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的見解，tRNA測序不僅可以成為了解微生物對(duì)細(xì)微環(huán)境變化的反應(yīng)的一種方式，這些變化無法通過其他方式輕松測量，還可以帶來更多的RNA生物學(xué)和RNA表觀遺傳學(xué)進(jìn)入微生物組快速發(fā)展的領(lǐng)域。“

Pan和Eren同意這個(gè)新穎的策略有很大的改進(jìn)空間，他們希望它會(huì)很快發(fā)生。

“有許多方法可以檢查微生物組活動(dòng)，但沒有什么比測序更快，并且可以獲得更多的數(shù)據(jù)，”潘說。“在這里，我們開發(fā)了一種新方法，通過tRNA報(bào)告微生物組的活動(dòng)，并以高通量進(jìn)行報(bào)告。這真的是價(jià)值。”