Stato dell’arte
Le comunità microbiche includono microrganismi strettamente correlati tra loro che presentano variazioni genomiche minori. Ciò rende difficile distinguere i lineage microbici e catalogare i diversi membri di una comunità microbica.
Cosa aggiunge questa ricerca
I ricercatori hanno sequenziato il metagenoma dei microrganismi presenti nell’intestino delle pecore utilizzando una tecnologia chiamata sequenziamento a “lettura lunga” (long-read sequencing), che può “leggere” lunghi frammenti di DNA – più di 15.000 paia di basi – in una volta sola. Combinando il sequenziamento a “lettura lunga” con algoritmi avanzati, hanno identificato i genomi di 428 specie microbiche con una completezza superiore al 90%, potendo anche distinguere tra organismi quasi identici, molti dei quali non erano stati identificati con le vecchie tecnologie di sequenziamento.
Conclusioni
L’identificazione di specie microbiche specifiche in comunità complesse potrebbe consentirci la scoperta di nuovi ceppi specifici con possibilità di inserirli nella pratica clinica.
Siamo circondati da microbi, ma la maggior parte di loro è stata finora “invisibile” a causa delle limitazioni imposte dalle tecnologie di sequenziamento disponibili. Di recente, un gruppo di ricercatori ha combinato nuovi approcci di sequenziamento con algoritmi avanzati per distinguere organismi quasi identici tra loro e catalogare in modo più completo le comunità microbiche.
«Avere a disposizione nuove tecnologie per sequenziare i genomi microbici in ambienti complessi pone le basi per ottenere le informazioni di cui abbiamo bisogno per risolvere molte problematiche urgenti», afferma Rob Knight, direttore del Center for Microbiome Innovation della UC San Diego. Lo studio è stato pubblicato su Nature Biotechnology.
Sequenziamento a “lunga lettura” e algoritmi
Le comunità microbiche includono microrganismi strettamente correlati tra loro che presentano variazioni genomiche minori.
Ciò rende difficile distinguere i lineage microbici, soprattutto quando i ricercatori si affidano alle tecnologie di sequenziamento a “lettura breve”, che leggono solo poche centinaia di coppie di basi alla volta e non consentono di assemblare genomi completi.
Le più recenti tecnologie di sequenziamento a “lettura lunga” (long-read sequencing), che possono invece sequenziare più di 15.000 coppie di basi contemporaneamente, rappresentano una potenziale soluzione.
Il gruppo di ricercatori guidati da Pavel Pevzner della University of California di San Diego e Timothy Smith del USDA Meat Animal Research Center ha quindi deciso di utilizzare questo metodo di sequenziamento per analizzare il metagenoma dei microbi presenti nell’intestino delle pecore.
Scoperti 428 nuovi batteri
I ricercatori hanno utilizzato HiFi, una tecnologia di sequenziamento a lunga lettura sviluppata dall’azienda biotecnologica californiana Pacific Biosciences.
Combinando l’HiFi con algoritmi avanzati, i ricercatori hanno identificato i genomi di 428 specie microbiche con una completezza superiore al 90%.
Molti di questi microbi erano “invisibili” per le tecnologie di sequenziamento a lettura breve.
«I microbiomi caratterizzanti del bestiame ruminante, come le pecore, possono essere utilizzati per contrastare le malattie e ridurre l’impatto ambientale e le emissioni di gas serra, migliorando al contempo la produttività», afferma Timothy Smith.
«La risoluzione del genoma a livello di ceppo aiuterà a identificare i geni correlati alla resistenza antimicrobica e a determinare in che misura l’allevamento contribuisce al suo aumento nell’uomo e negli animali».
Scenari futuri
Sebbene lo studio si concentri sui microbi intestinali delle pecore, le applicazioni della tecnologia HiFi e degli algoritmi associati potrebbero essere molto più ampie, poiché anche gli esseri umani e gli altri animali, così come le piante e l’ambiente, ospitano comunità microbiche complesse.
L’identificazione di specifiche specie microbiche in comunità complesse potrebbe favorire l’utilizzo dei microrganismi nella pratica clinica, lo studio della biodegradazione della plastica nell’oceano e la misurazione del rilascio e della cattura del carbonio.
«Ora possiamo distinguere organismi simili tra loro e ottenere un vero quadro metagenomico di comunità batteriche complesse», afferma Pavel Pevzner.
«Come la complete genomics, una tecnologia che viene già applicata alla diagnostica delle malattie rare, la complete metagenomics potrebbe presto farsi strada nella medicina e in molti altri ambiti».
