Os investigadores desenvolveram “pinças inteligentes” que podem isolar estirpes específicas de bactérias dos biliões de microbiomas e sequenciar os seus genomas de uma forma mais económica e económica do que os métodos existentes. Esta ferramenta versátil permite o estudo preciso do microbioma e leva a avanços no diagnóstico e tratamento de doenças.
O sequenciamento do genoma bacteriano melhorou muito a nossa compreensão da biologia de muitos patógenos bacterianos e identificou novos alvos antibióticos. Quando se trata do microbioma, os pesquisadores muitas vezes desejam estudar apenas um tipo de bactéria, e não todos eles. O problema é que uma determinada bactéria é apenas parte de um ambiente complexo que inclui outras bactérias, vírus, fungos e células hospedeiras, cada uma com o seu próprio ADN igualmente complexo.
Atualmente, os cientistas precisam isolar uma cepa específica de bactérias de uma determinada amostra e usar meios de cultura para cultivar seletivamente essa cepa. Este é um processo que consome tempo e recursos e não funciona para todas as bactérias. No entanto, investigadores da Escola de Medicina Icahn no Monte Sinai, nos Estados Unidos, lançaram um método inovador, mEnrich-seq, concebido para melhorar significativamente o nível de investigação do microbioma.
“Imagine que você é um cientista e precisa estudar um tipo específico de bactéria em um ambiente complexo”, disse Fang Gang, autor correspondente do estudo. "O mEnrich-seq basicamente fornece aos pesquisadores uma 'pinça inteligente' que lhes permite pegar as peças nas quais estão interessados."
Ao desenvolver o mEnrich-seq, os pesquisadores tiveram como objetivo distinguir as bactérias umas das outras antes do sequenciamento para enriquecer as bactérias de interesse e remover o DNA de fundo. Para fazer isso, a ferramenta explora motivos de metilação do DNA bacteriano que ocorrem naturalmente, os “códigos secretos” no DNA bacteriano que as bactérias usam para se distinguirem como parte de seu próprio sistema imunológico. Na verdade, no nome "mEnrich-seq", "m" significa metilação e "seq" significa sequenciamento.
Uma vez eliminados pelas “pinças inteligentes”, os pesquisadores podem montar um ou mais genomas da bactéria alvo para estudá-los com mais precisão. Os pesquisadores demonstraram o poder do mEnrich-seq usando mEnrich-seq para reconstruir o genoma de E. coli analisando amostras de urina de três pacientes com infecções do trato urinário (ITU). Eles descobriram que a ferramenta cobria mais de 99,97% dos genomas nas três amostras, permitindo uma análise abrangente dos genes de resistência aos antibióticos em cada genoma. mEnrich-seq facilita estudos sem cultura de genomas de E. coli no microbioma da urina com maior sensibilidade (menor abundância relativa de bactérias) em comparação com métodos padrão.
Eles então voltaram sua atenção para Akkermansiamuciniphila, uma bactéria que coloniza o intestino e está associada a doenças como obesidade e diabetes tipo 2. Isolar esta bactéria de amostras de fezes também é notoriamente difícil. No entanto, os investigadores fizeram isto utilizando a tecnologia mEnrich-seq, cobrindo mais de 99,7% do genoma da Shigella dysenteriae nas três amostras.
Os investigadores afirmam que o mEnrich-seq fornece um método mais económico para a investigação do microbioma, o que é especialmente benéfico para estudos em grande escala com recursos limitados, abrindo assim novos horizontes em vários campos de investigação. Eles disseram que o mEnrich-seq pode se concentrar em uma variedade de bactérias e é uma ferramenta versátil para pesquisa e aplicações clínicas. Através de estudos de microbioma mais direcionados, o mEnrich-seq pode acelerar o desenvolvimento de novas ferramentas de diagnóstico e tratamentos.
“A coisa mais interessante sobre o mEnrich-seq é o seu potencial para descobrir detalhes anteriormente perdidos, como genes de resistência a antibióticos que os métodos tradicionais de sequenciamento não foram capazes de detectar devido à sensibilidade insuficiente”, disse Fang. “Este poderia ser um passo importante no combate ao problema global da resistência aos antibióticos”.
Os pesquisadores planejam aprimorar a ferramenta para aumentar ainda mais sua eficiência e ampliar sua aplicação. Prevê-se que o mEnrich-seq se tornará uma ferramenta sensível e versátil em futuras pesquisas de microbiomas e aplicações clínicas.
A pesquisa foi publicada na revista Nature Methods.