Die genomische „Pinzette“ läutet eine neue Ära der Präzision in der Mikrobiomforschung ein

In einer wegweisenden Studie veröffentlicht im Tagebuch Naturmethoden, haben Forscher der Icahn School of Medicine am Mount Sinai mEnrich-seq vorgestellt – eine innovative Methode, die die Spezifität und Effizienz der Erforschung von Mikrobiomen, den komplexen Gemeinschaften von Mikroorganismen, die den menschlichen Körper bewohnen, erheblich verbessern soll. Der Artikel trägt den Titel „mEnrich-seq: Methylierungsgesteuerte Anreicherungssequenzierung interessanter Bakterientaxa aus dem Mikrobiom“.

Erschließung der mikrobiellen Welt mit mEnrich-seq

Mikrobiome spielen eine entscheidende Rolle für die menschliche Gesundheit. Ein Ungleichgewicht oder eine Abnahme der Mikrobenvielfalt in unserem Körper kann zu einem erhöhten Risiko für verschiedene Krankheiten führen. Bei vielen Mikrobiomanwendungen liegt der Schwerpunkt jedoch auf der Untersuchung bestimmter Bakterienarten in einer Probe und nicht auf der Betrachtung jedes einzelnen vorhandenen Typs. Bei der Untersuchung von Infektionskrankheiten sind Forscher beispielsweise möglicherweise nur an einigen wenigen schädlichen Darmbakterien interessiert, diese sind jedoch mit vielen anderen Bakterien vermischt.

„Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Wissenschaftler, der eine bestimmte Bakterienart in einer komplexen Umgebung untersuchen muss. Das ist, als würde man versuchen, die Nadel im großen Heuhaufen zu finden“, sagte Gang Fang, Ph.D., Professor für Genetik und Genomwissenschaften der leitende Autor der Studie. „mEnrich-seq gibt Forschern im Wesentlichen eine ‚intelligente Pinzette‘ an die Hand, mit der sie die Nadel aufnehmen können, an der sie interessiert sind.“

Sobald Forscher sie mit der „intelligenten Pinzette“ herausgezogen haben, können sie das/die Genom(e) der Zielbakterien zusammensetzen und so die Untersuchung verschiedener biomedizinischer Fragen zu ihnen erleichtern.

Diese neue Strategie schließt eine kritische Technologielücke, da Forscher bisher bestimmte Bakterienstämme aus einer bestimmten Probe mithilfe von Kulturmedien isolieren mussten, die das spezifische Bakterium selektiv wachsen lassen – ein zeitaufwändiger Prozess, der bei einigen Bakterien funktioniert, bei anderen jedoch nicht. Im Gegensatz dazu kann mEnrich-seq das/die Genom(e) der interessierenden Bakterien direkt aus der Mikrobiomprobe ohne Kultivierung gewinnen.

mEnrich-seq unterscheidet die interessierenden Bakterien effektiv vom breiten Hintergrund, indem es die „Geheimcodes“ nutzt, die auf der bakteriellen DNA geschrieben sind und die Bakterien auf natürliche Weise nutzen, um sich als Teil ihres natürlichen Immunsystems voneinander zu unterscheiden.

Forschung und Gesundheitsversorgung verändern

Das Aufkommen von mEnrich-seq eröffnet neue Horizonte in verschiedenen Bereichen:

„Einer der aufregendsten Aspekte von mEnrich-seq ist sein Potenzial, bisher übersehene Details aufzudecken, wie etwa Antibiotikaresistenzgene, die herkömmliche Sequenzierungsmethoden aufgrund mangelnder Empfindlichkeit nicht erkennen konnten“, fügte Dr. Fang hinzu. „Dies könnte ein bedeutender Fortschritt bei der Bekämpfung des globalen Problems der Antibiotikaresistenz sein.“

Tatsächlich verwendeten die Autoren mEnrich-seq, wie als eine von drei Anwendungen in dieser Studie gezeigt wurde, um pathogene E. coli-Genome direkt aus Urinproben von Patienten mit Harnwegsinfektionen zu rekonstruieren, was eine umfassende Analyse der Antibiotikaresistenzgene in jedem Genom ermöglichte .

In einer anderen Anwendung verwendeten die Autoren mEnrich-seq, um selektiv die Genome von Akkermansia muciniphila zu konstruieren, einem Bakterium, das nachweislich neben mehreren anderen Krankheiten Vorteile bei Fettleibigkeit und Diabetes hat und auch auf eine Krebsimmuntherapie anspricht.

Dieses Bakterium ist schwer zu kultivieren, daher kann mEnrich-seq ein nützliches Werkzeug sein, um sein Genom auf kulturunabhängige, empfindliche und kostengünstige Weise zu rekonstruieren, was möglicherweise größere Assoziationsstudien mit verschiedenen menschlichen Krankheiten erleichtert.

Die Zukunft von mEnrich-seq

Für die Zukunft hat das Team ehrgeizige Pläne für mEnrich-seq. Ziel ist es, die Methode zu verfeinern, ihre Effizienz weiter zu verbessern und ihr Anwendungsspektrum zu erweitern. Darüber hinaus sind Kooperationen mit Klinikern und Angehörigen der Gesundheitsberufe geplant, um den Nutzen der Methode in der Praxis zu validieren.

„Wir sehen mEnrich-seq als ein sensibles und vielseitiges Werkzeug für Mikrobiomstudien und klinische Anwendungen in der Zukunft“, sagte Dr. Fang.