Универсальная система РНК-штрихкодирования для отслеживания переноса генов у бактерий

В микромире бактерий горизонтальный перенос генов — мощный механизм, изменяющий функции клеток, способствующий развитию устойчивости к антибиотикам и даже формирующий целые экосистемы. Междисциплинарная группа исследователей из Университета Райса разработала инновационный метод РНК-«штрихкодирования» для отслеживания этих генетических обменов в микробных сообществах.

Традиционные методы изучения переноса генов, такие как маркировка мобильных генетических элементов флуоресцентными белками или генами устойчивости к антибиотикам, требуют выделения и выращивания микробов в лаборатории, что ограничивает их применение в сложных природных средах.

Новый метод, названный RNA-addressable modification (RAM), обходит эти препятствия. Он использует синтетическую каталитическую РНК (cat-RNA) для «штрихкодирования» рибосомальной РНК (rRNA) внутри живых клеток.

Как это работает:

  • Исследователи создали небольшую молекулу cat-RNA на основе рибозима.
  • Эта молекула присоединяет уникальный штрихкод к 16S rRNA — молекуле, универсально присутствующей у всех бактерий, — в момент переноса гена.
  • Штрихкодирующие плазмиды вводили в бактерии-доноры E. coli, которые затем передавали генетический материал различным микробам в сообществе сточных вод.
  • Через 24 часа выделяли общую РНК и секвенировали помеченную 16S rRNA.

Результаты:

  • Около половины таксонов бактерий в сообществе сточных вод могли получить плазмиды.
  • Метод позволяет измерять различия в диапазоне хозяев между разными типами ДНК-плазмид.
  • RAM позволяет отслеживать перемещение нескольких генетических элементов во всем микробном сообществе в одном эксперименте.

Преимущества и потенциал:

  • Дешево и просто: Информация записывается в высококонсервативную область РНК, что делает её чтение недорогим и легким, с использованием стандартных протоколов.

  • Применения:

    • Медицина: Отслеживание распространения генов устойчивости к антибиотикам в больницах и сточных водах.
    • Биоремедиация: Конструирование безопасных микробиомов для разложения загрязнителей.
    • Синтетическая биология: Программирование микробиомов для производства биотоплива или фармацевтических препаратов.

В будущем метод может быть расширен для изучения других форм генетического обмена (трансдукция, трансформация) и для хранения информации о других микробных процессах.