Sludge sequencing: Высокопроизводительный метод на уровне одной клетки выявляет новые виды и генетическое разнообразие

Активный ил необходим для удаления загрязняющих веществ из сточных вод, и понимание разнообразных микробных сообществ, которые он содержит, является важной задачей. Традиционные методы не позволяют охватить весь спектр микробных взаимодействий. Из-за этих ограничений исследователи признали необходимость изучения на уровне одной клетки для получения более глубокого понимания микробной гетерогенности.

Под руководством Гонконгского университета и опубликованное в Environmental Science and Ecotechnology 19 сентября 2024 года исследование применило секвенирование единичных клеток к образцам из гонконгской станции очистки сточных вод. Этот метод преодолел ограничения традиционной метагеномики, выявив сложные генетические сети внутри микробных сообществ и предложив новые перспективы в отношении передачи генов устойчивости к антибиотикам.

Исследовательская группа секвенировала 15 110 отдельных микробных клеток, классифицировав их в 2454 бина геномов, амплифицированных из одной клетки (single-amplified genome bins), и обнаружила, что 27,5% представляют ранее неклассифицированные виды. Выявление 1137 генов устойчивости к антибиотикам (ARGs), наряду с многочисленными плазмидами и фагами, подчеркнуло частый горизонтальный перенос генов между видами.

Было обнаружено, что плазмиды играют ключевую роль в распространении ARGs, что вызывает обеспокоенность в связи с потенциальным распространением антибиотикорезистентности. Результаты подчеркивают необходимость более тщательного мониторинга систем сточных вод для предотвращения рисков для общественного здоровья.

Это исследование знаменует собой первое применение высокопроизводительного секвенирования единичных клеток для анализа микробиома активного ила. Анализ выявил 1137 генов устойчивости к антибиотикам, 10 450 фрагментов плазмид и 1343 контига фагов. Обнаруженные связи для плазмид (12 819) и фагов (184) с их хозяевами указывают на высокую частоту горизонтального переноса генов. Кроме того, набор из 1529 геномов, собранных из метагенома, был использован для дальнейшей классификации 98 ранее неклассифицированных SAG-бинов.

Профессор Тонг Чжан, старший исследователь, заявляет: «Наше исследование демонстрирует мощь секвенирования единичных клеток в раскрытии скрытой динамики в очистке сточных вод. Эти данные о передаче генов устойчивости к антибиотикам прокладывают путь к улучшенным стратегиям мониторинга и смягчения последствий, что имеет решающее значение для защиты общественного здоровья в рамках подхода «Единое здоровье» (One Health)».

Исследование имеет широкие последствия, особенно для улучшения процессов очистки сточных вод и сдерживания распространения антибиотикорезистентности. Возможность отслеживать ARGs на уровне одной клетки может повлиять на будущую экологическую политику и меры общественного здравоохранения, а также открыть новые возможности для применения в других экосистемах, таких как почва и микробиом кишечника человека.