一種新的先進(jìn)的、高通量的測(cè)序技術(shù)應(yīng)該使科學(xué)家能夠更牢固地掌握自然產(chǎn)生的微生物在現(xiàn)實(shí)環(huán)境和飲食中的活性。芝加哥大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了直接分析轉(zhuǎn)移RNA (tRNA)的新技術(shù)，為微生物群落對(duì)各種環(huán)境變化的反應(yīng)提供了一個(gè)更清晰的圖像，這些環(huán)境變化包括溫度變化或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有效性的變化。這項(xiàng)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(cè)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(cè)序在低脂或高脂飲食小鼠腸道微生物組樣本中的應(yīng)用。利用這項(xiàng)研究中描述的新軟件和計(jì)算策略，創(chuàng)建了從腸道樣本中提取的tRNA分子的目錄，追蹤它們到負(fù)責(zé)其表達(dá)的細(xì)菌，并測(cè)量轉(zhuǎn)錄后tRNA中發(fā)生的化學(xué)修飾。

作者寫(xiě)道:“我們報(bào)告了一種直接測(cè)序方法，tRNA-seq，以及一套軟件，tRNA-seq工具，用于恢復(fù)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(duì)cecal樣本進(jìn)行分析，以類(lèi)似于16S核糖體RNA基因擴(kuò)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(lèi)單元和飲食依賴(lài)變異。”我們的研究結(jié)果為復(fù)雜環(huán)境微生物體內(nèi)tRNA基因表達(dá)和轉(zhuǎn)錄后修飾的動(dòng)力學(xué)提供了特異性的原位觀(guān)察。

細(xì)菌中的每個(gè)tRNA平均有8種化學(xué)修飾，可以調(diào)節(jié)其功能。新的高通量測(cè)序和分析策略可以檢測(cè)到其中的兩種，但它也可以在每個(gè)位點(diǎn)測(cè)量從0到100%的修改量。其中一種被稱(chēng)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(xué)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(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授、高級(jí)研究員潘濤博士指出:“我們的研究是倒退的。”“我們對(duì)m1A tRNA的修飾為何存在以及它們的作用沒(méi)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(lèi)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(huì)對(duì)飲食產(chǎn)生反應(yīng)，或者它們是否已經(jīng)存在并變得活躍，從而促進(jìn)這些蛋白質(zhì)的合成。

這項(xiàng)研究是芝加哥大學(xué)由凱克基金會(huì)資助的一系列微生物組項(xiàng)目中的第一個(gè)。潘博士是使用tRNA測(cè)序工具的先驅(qū)，這筆贈(zèng)款將資助繼續(xù)開(kāi)展的工作，通過(guò)芝加哥大學(xué)(University of Chicago)醫(yī)學(xué)助理教授、聯(lián)合高級(jí)研究研究員a·穆拉特·埃倫(A. Murat Eren)博士開(kāi)發(fā)的新計(jì)算策略，讓tRNA測(cè)序工具能夠被廣泛使用。tRNA測(cè)序產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可以以低成本提供與人類(lèi)或環(huán)境相關(guān)的微生物的關(guān)鍵見(jiàn)解。

“過(guò)去20年里出現(xiàn)的分子和計(jì)算方面的進(jìn)步，只幫助我們揭開(kāi)了微生物生命及其對(duì)周?chē)h(huán)境的影響的表面，”埃倫博士說(shuō)。”通過(guò)提供快速和負(fù)擔(dān)得起的見(jiàn)解轉(zhuǎn)化的核心機(jī)械、tRNA測(cè)序不僅可能成為一種微生物反應(yīng)獲得洞察細(xì)微的環(huán)境變化,不能輕松地以其他手段來(lái)衡量,但也帶來(lái)更多的生物學(xué)和RNA RNA表觀(guān)遺傳學(xué)到微生物的快速發(fā)展的領(lǐng)域。”

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

“有很多方法可以檢測(cè)微生物組的活動(dòng)，但沒(méi)有什么比測(cè)序更快、數(shù)據(jù)量更大的了，”潘博士總結(jié)道。“在這里，我們開(kāi)發(fā)了一種新的方法，可以通過(guò)tRNA報(bào)告微生物組的活動(dòng)，并以高通量的方式進(jìn)行。這才是真正的價(jià)值所在。