Новый метод упрощает изучение вирусов в окружающей среде

Микрограф показывает несколько отдельных микрокапсул, включая одну, ярко освещенную в правом нижнем углу, которая содержит амплифицированную ДНК из одной частицы. Автор: Брайан Томпсон, Лаборатория Бигелоу по океанологическим наукам

Ученые представили новый метод, который значительно улучшает существующие подходы к генетическому секвенированию отдельных клеток. Технология позволяет читать геномы отдельных клеток и вирусных частиц в окружающей среде быстрее, эффективнее и дешевле.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology, специалисты из Лаборатории Бигелоу и Atrandi Biosciences впервые применили метод «экологической микрокомпартментной геномики» для анализа морской воды из залива Мэн.

«Этот подход позволяет увеличить не только количество, но и качество данных при изучении отдельных частиц», — пояснила ведущий автор работы Алейна Вайнхаймер.

Традиционный метод позволяет обрабатывать 384 частицы за один запуск, тогда как новая технология увеличивает пропускную способность на порядок. В исследовании ученые получили геномные последовательности более чем из 2000 частиц всего из 300 нанолитров морской воды.

Метод использует достижения микрофлюидных технологий. Образец разделяется на тысячи крошечных полупроницаемых пузырьков, каждый из которых содержит триллионную долю литра воды. Отдельные клетки или частицы случайным образом попадают в индивидуальные компартменты, где с помощью реагентов создается множество копий их ДНК.

Усиленная ДНК маркируется уникальным штрих-кодом. Когда пузырьки растворяются, и весь материал объединяется для секвенирования, этот штрих-код используется для сборки соответствующих последовательностей в полный геном.

Ключевое преимущество метода — отсутствие необходимости предварительной сортировки по размеру. Это позволяет одновременно изучать всё: от крупных микробов до мельчайших вирусов и даже свободно плавающей ДНК.

«Природа микробного мира полна загадок из-за его чрезвычайного биоразнообразия и малых физических масштабов, — отметил директор Центра геномики одиночных клеток Рамунас Степанаускас. — Экологическая микрокомпартментная геномика создает совершенно новые возможности для изучения этого мира».

Метод особенно ценен для исследования вирусов, которые составляют подавляющее большинство микробов в океане, но сильно различаются по размерам и часто слишком малы для изоляции с помощью проточной цитометрии.

В ходе исследования новый подход позволил идентифицировать вирусы семейства Naomiviridae, которые имеют необычную структуру ДНК и могут быть пропущены при использовании других методов. Эти вирусы оказались наиболее распространенными в образцах и, вероятно, заражают самые многочисленные бактерии океана.

Технология также успешно протестирована на образцах донных отложений и почвы, которые традиционно сложно изучать из-за трудностей в дифференциации клеток от небиологических частиц.