Микробы

Исследования, проведенные в лаборатории Джефри Гордона (Школа медицины при Университете Вашингтона, Сент-Луис, Миссури), позволили связать видовое разнообразие бактерий желудочно-кишечного тракта с диетой и особенностями обмена веществ индивидуума. Результаты эксперимента опубликованы в декабрьском номере журнала Nature за 2006 год. Годичный эксперимент предполагал установить корреляцию между избытком веса у человека и составом микробной популяции его кишечника. Дюжину толстяков, согласившихся положить свои животы на алтарь науки, разделили на две группы

Несмотря на то что видовой состав микроорганизмов кишечника достаточно однообразен, количественное соотношение представителей определенных систематических групп в микробиоте разных людей может сильно варьировать. Но что же представляет из себя нормальная кишечная микрофлора и каковы пути ее формирования?

На этот вопрос был дан ответ в опубликованной в 2007 году работе группы американских биологов под руководством Патрика Брауна из Стэнфордского университета. Они проследили формирование микробиоты у 14 новорожденных младенцев на протяжении первого года жизни. Авторам удалось установить несколько источников колонизации желудочно-кишечного тракта

Кроме изучения отдельных видов кишечной микрофлоры, в последние годы многие исследователи изучают бактериальный метагеном — совокупность генов всех микроорганизмов в пробе содержимого человеческого кишечника (или, например, в смыве с кожи, или в пробе ила с морского дна).

Для этой цели используют самые автоматизированные, компьютеризированные и высокопроизводительные технологии секвенирования ДНК, дающие возможность анализировать короткие последовательности нуклеотидов, собирать головоломку по нескольким совпадающим «буквам» на концах этих участков, многократно повторять эту процедуру для каждого кусочка генома и получать расшифровку отдельных генов и хромосом со скоростью до 14 миллионов нуклеотидов в час — на порядки быстрее, чем это делалось всего несколько лет назад. Так, было установлено, что микробиота кишечника насчитывает примерно 100 триллионов бактериальных клеток — примерно в десять раз больше, чем общее число клеток человеческого тела.

Набор генов, входящих в состав бактериального метагенома, примерно в сотню раз превышает набор генов человеческого организма

Кодирующие последовательности 16S РНК с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) извлекали непосредственно из «окружающей среды» — 125 мг человеческого, извините, стула встраивали в плазмиды кишечной палочки (не потому, что она кишечная, а потому, что Escherichia coli — одна из любимых рабочих лошадок молекулярных биологов) и снова выделяли из культуры размножившихся бактерий. Таким образом была создана библиотека генов 16S РНК всех микроорганизмов, находившихся в образце. После этого случайным образом было отобрано и секвенировано 284 клона. Оказалось, что только 24% полученных последовательностей 16S РНК принадлежали известным ранее микроорганизмам

Первый этап определения микроорганизмов — их культивирование на питательных средах. Но ряд микробов не желают расти ни на одной из сред

Современные методики

Изучать ранее недоступные некультивируемые бактерии и начать наводить порядок в донельзя запутанной систематике уже известных прокариот стало возможным с развитием биоинформатики и появлением современных методов молекулярной биологии — ПЦР, позволяющей из одного участка ДНК получить миллиарды точных копий, клонирования выделенных генов в бактериальных плазмидах и методик секвенирования последовательностей нуклеотидов, полученных в достаточном для анализа количестве. Идеальным маркером для идентификации микроорганизмов оказался ген, кодирующий 16S рибосомальную РНК (каждая из двух субъединиц рибосом — клеточных мастерских по синтезу белка — состоит из переплетенных молекул белков и цепочек рибонуклеиновых кислот).

Идеальный маркер

Этот ген есть в геноме всех известных бактерий и архей, но отсутствует у эукариот и вирусов, и если вы нашли характерную для него последовательность нуклеотидов — вы точно имеете дело с генами прокариот