Sondare in profondità il microbioma

I ricercatori dell’Arizona State University e colleghi hanno descritto una nuova tecnica per sondare il microbioma in modo più dettagliato. Il metodo offre una maggiore semplicità e facilità d’uso rispetto agli approcci esistenti, secondo gli scienziati, i quali aggiungono che il nuovo approccio dimostra una migliore capacità di individuare caratteristiche biologicamente rilevanti, tra cui l’età e il sesso di un soggetto sulla base di campioni di microbioma.

Qiyun Zhu, PhD, è ricercatore presso il Biodesign Center for Fundamental and Applied Microbiology e la School of Life Sciences dell’ASU. [The Biodesign Institute at Arizona State University]

Il team ritiene che la sua ricerca mantenga la promessa di un rapido avanzamento delle indagini sui misteri del microbioma. Con tale conoscenza, i ricercatori sperano di capire meglio come questi microbi agiscono collettivamente per salvaguardare la salute umana e come la loro disfunzione può portare a un’ampia gamma di malattie. Col tempo, i farmaci e altre terapie possono anche essere realizzati su misura in base al profilo microbiomico del paziente.

Sono state utilizzate due potenti tecnologie per aiutare i ricercatori a sbloccare la diversità e la complessità del microbioma, sequenziando il DNA microbico presente in un campione. Questi sono noti come 16S e sequenziamento metagenomico. La tecnica descritta nel presente studio attinge ai punti di forza di entrambi i metodi per creare un nuovo modo di elaborare i dati dal microbioma.

“Prendiamo in prestito parte della saggezza che si è sviluppata dal sequenziamento dell’RNA 16S e la applichiamo alla metagenomica”, afferma Qiyun Zhu, PhD, ricercatore presso il Biodesign Center for Fundamental and Applied Microbiology e la School of Life Sciences dell’ASU. Il team di ricerca comprende collaboratori dell’Università della California, San Diego, tra cui il co-autore Rob Knight, PhD, l’ex mentore di Zhu. Il loro articolo (“Analisi filogenia dell’ecologia della comunità del metagenoma basata su genomi di riferimento abbinati mentre si bypassa la tassonomia”) appare in mSystems.

A differenza di altri metodi di sequenziamento, incluso il 16S, i ricercatori di metagenomica consentono di sequenziare tutte le informazioni sul DNA presentate in un campione di microbioma. Ma il nuovo studio mostra che l’approccio metagenomico ha margini di miglioramento. “Il modo in cui le persone attualmente analizzano i dati metagenomici è limitato, perché i dati dell’intero genoma devono prima essere tradotti in tassonomia”, aggiunge Zhu.

Unità Operative di Genomica

La nuova tecnica, nota come Operational Genomic Units (OGU), elimina la pratica laboriosa e talvolta fuorviante di assegnare categorie tassonomiche come genere e specie alla moltitudine di microbi presenti in un campione, spiega. Invece, il metodo utilizza i singoli genomi come unità di base per l’analisi statistica e tenta di allineare le sequenze presenti in un campione alle sequenze trovate nei database genomici esistenti.

In questo modo, i ricercatori possono ottenere una risoluzione molto più fine, che è particolarmente utile quando sono presenti microbi strettamente correlati nella sequenza del DNA, secondo Zhu. Questo è vero perché la maggior parte delle classificazioni tassonomiche si basano sulla somiglianza di sequenza. Se due sequenze differiscono di meno di una certa soglia, rientrano nella stessa categoria tassonomica.

Tuttavia l’approccio OGU può aiutare gli scienziati a distinguerli, osserva il team di ricerca, che sottolinea che il metodo supera gli errori nella tassonomia che persistono come reliquie dall’epoca di pre-sequenziamento, quando specie diverse erano definite dalla loro morfologia piuttosto che dalla sequenza del DNA dati.

Oltre ai miglioramenti in termini di risoluzione e semplicità, OGU può aiutare i ricercatori ad analizzare i dati utilizzando alberi filogenetici. Come suggerisce il nome, si tratta di strutture ramificate che possono descrivere il grado di relazione tra organismi, in base alla loro somiglianza di sequenza. Proprio come due specie lontanamente imparentate come vermi e antilopi appariranno su rami più distanti di un albero filogenetico, così appariranno i batteri più distanti e altri costituenti del microbioma.

Secondo quanto riferito, la tecnica OGU snellisce il sequenziamento metagenomico, fornendo al contempo una maggiore risoluzione. L’approccio classifica i microbi in un campione rigorosamente in base al loro allineamento con un database di riferimento, non è richiesta alcuna assegnazione tassonomica. L’approccio consente ai ricercatori di valutare il grado di diversità delle specie presentato in un campione.

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