Направленное культивирование микроорганизмов с использованием метатранскриптомики

UNLABELLED: The vast majority of bacterial species remain uncultured, and this severely limits the investigation of their physiology, metabolic capabilities, and role in the environment. High-throughput sequencing of RNA transcripts (RNA-seq) allows the investigation of the diverse physiologies from uncultured microorganisms in their natural habitat. Here, we report the use of RNA-seq for characterizing the metatranscriptome of the simple gut microbiome from the medicinal leech Hirudo verbana and for utilizing this information to design a medium for cultivating members of the microbiome. Expression data suggested that a Rikenella-like bacterium, the most abundant but uncultured symbiont, forages on sulfated- and sialated-mucin glycans that are fermented, leading to the secretion of acetate. Histological stains were consistent with the presence of sulfated and sialated mucins along the crop epithelium. The second dominant symbiont, Aeromonas veronii, grows in two different microenvironments and is predicted to utilize either acetate or carbohydrates. Based on the metatranscriptome, a medium containing mucin was designed, which enabled the cultivation of the Rikenella-like bacterium. Metatranscriptomes shed light on microbial metabolism in situ and provide critical clues for directing the culturing of uncultured microorganisms. By choosing a condition under which the desired organism is rapidly proliferating and focusing on highly expressed genes encoding hydrolytic enzymes, binding proteins, and transporters, one can identify an organism's nutritional preferences and design a culture medium. IMPORTANCE: The number of prokaryotes on the planet has been estimated to exceed 10(30) cells, and the overwhelming majority of them have evaded cultivation, making it difficult to investigate their ecological, medical, and industrial relevance. The application of transcriptomics based on high-throughput sequencing of RNA transcripts (RNA-seq) to microorganisms in their natural environment can provide investigators with insight into their physiologies under optimal growth conditions. We utilized RNA-seq to learn more about the uncultured and cultured symbionts that comprise the relatively simple digestive-tract microbiome of the medicinal leech. The expression data revealed highly expressed hydrolytic enzymes and transporters that provided critical clues for the design of a culture medium enabling the isolation of the previously uncultured Rikenella-like symbiont. This directed culturing method will greatly aid efforts aimed at understanding uncultured microorganisms, including beneficial symbionts, pathogens, and ecologically relevant microorganisms, by facilitating genome sequencing, physiological characterization, and genetic manipulation of the previously uncultured microbes.

Аннотация взята из PubMed (NCBI) для цитируемой записи и приводится на языке оригинала. Авторитетной является версия в исходной публикации.

Аннотация оставлена без перевода, чтобы сохранить собственные формулировки авторов.

В работе применён метатранскриптомный анализ (RNA-seq) микробиоты пищеварительного тракта медицинской пиявки Hirudo verbana. Экспрессионные данные выявили два доминирующих симбионта: некультивируемую бактерию, родственную Rikenella, которая ферментирует сульфатированные и сиалированные муциновые гликаны с образованием ацетата, и Aeromonas veronii, растущую в двух микросредах и, по прогнозу, утилизирующую ацетат или углеводы. На основании профиля экспрессии разработана среда с муцином, позволившая культивировать ранее некультивируемого симбионта, родственного Rikenella; подход демонстрирует потенциал метатранскриптомики для направленного выделения трудно культивируемых микроорганизмов.

Узнайте, как это исследование связано с клинической практикой

Другие рецензируемые исследования в разделе «Геномика и протеомика».

• Leech Salivary Proteome and Transcriptome: 434 Deduced Protein Sequences — Liu Z, Tong X, Su Y, et al. (2019)
• Medicinal Leech Draft Genome — Anticoagulant Gene Survey — Kvist S, Manzano-Marín A, de Carle D, Trontelj P, Siddall ME (2020)
• Лечение пиявками (Hirudo medicinalis) ослабляет повреждения яичка, вызванные ишемией/реперфузией яичка, на экспериментальной модели у животных — Davoodi F et al. (2021)
• Новый антикоагулянтный белок из медицинской пиявки — Manuvera V et al. (2024)
• AIF-1 и RNASET2 играют комплементарные роли во врождённом иммунном ответе медицинской пиявки — Baranzini N et al. (2019)
• Антимикробные пептиды медицинской пиявки, не обладающие токсичностью, — перспективная альтернативная стратегия борьбы с патогенами, устойчивыми к антибиотикам — Grafskaia E et al. (2019)
• Структурные основы тромболитической активности дестабилазы медицинской пиявки — Marin E et al. (2023)
• Геном медицинской пиявки (Whitmania pigra) и сравнительное геномное исследование для поиска биологически активных веществ — Tong L et al. (2022)
• ЦНС медицинской пиявки как модель изучения экзосом во взаимодействии между микроглией и нейронами — Raffo-Romero A et al. (2018)
• Транскриптомное профилирование и первый анализ пространственной экспрессии генов-кандидатов в слюнной железе восточноазиатской медицинской пиявки Hirudo nipponia — Kim J et al. (2024)

Все исследования, проанализированные ASH →