Крупномасштабный сравнительный анализ выявил биосинтетические кластеры генов
Микробное разнообразие планеты огромно, но большая его часть остаётся неизученной. Более десяти лет исследователи по всему миру сотрудничали с Объединённым институтом генома Министерства энергетики США (DOE JGI) для заполнения этих пробелов.
В исследовании, опубликованном 11 ноября 2022 года в Cell Genomics, команда сосредоточилась на актинобактериях (Actinomycetota) — группе бактерий с разнообразной метаболической активностью. Они играют роль в циклах углерода и азота, разлагают биомассу растений, влияют на здоровье растений, вызывают болезни и производят антибиотики. Однако геномная информация доступна лишь для части существующего разнообразия актинобактерий.
Работа дополняет компендиум, созданный в рамках инициативы «Геномная энциклопедия бактерий и архей» (GEBA). «Этот проект помог определить текущую форму древа жизни микроорганизмов, заполнив геномную информацию для тысяч ветвей», — сказала Наталья Иванова, старший автор исследования.
Многие из этих последовательностей геномов были получены с использованием методов, разработанных в JGI, включая одноклеточную геномику и метагеномику. Инициатива GEBA также использовала большую коллекцию изолятов типовых штаммов, предоставленную Институтом Лейбница DSMZ.
Репертуар BGC в актинобактериях
За годы было секвенировано более 3400 геномов из курируемых изолятов DSMZ. Для данной статьи было секвенировано более 600 геномов («GEBA-Actino»). Все эти последовательности и инструменты для их сравнения доступны на портале JGI IMG/M.
В рамках сравнительного анализа 824 новых геномных последовательности GEBA-Actino были объединены с почти 5000 общедоступными и 1100 метагеномно-собранными геномами (MAGs) из предыдущего исследования. Команда проанализировала более 80 000 биосинтетических кластеров генов (BGC) для синтеза вторичных метаболитов.
Было обнаружено, что широко распространённый горизонтальный перенос генов и частая потеря генов формируют репертуар BGC в большинстве геномов. Данные BGC также скоро будут доступны на портале JGI SMC.
Уникальная ценность геномов изолятов
В исследовании подчёркивается уникальная ценность геномов изолятов по сравнению с геномами некультивируемых таксонов. Сборка MAGs из фрагментов экологических последовательностей может приводить к высококачественным, но неполным геномным последовательностям, что может искажать анализ. MAGs также могут представлять собой композиты популяций, в то время как с референсными изолятами таких проблем обычно не возникает.
«Для открытия вторичных метаболитов, в частности, это предостерегающая история об их ограничениях; необходимость в высококачественных геномах изолятов очевидна», — сказала Реха Сешадри, ведущий автор исследования.
DSMZ не только сохраняет стандартизированную культуральную коллекцию, но и поддерживает биоинформатические инструменты и базы данных, включая номенклатурную и геномную информацию, а также метаданные о каждом штамме.
«Это было очень плодотворное сотрудничество между JGI и DSMZ, результатом которого стал ценный ресурс последовательностей, дополняющий обширный ресурс штаммов DSMZ, а также множество высокоэффективных публикаций», — сказал Маркус Гёкер из DSMZ.