Учёные НИУ «БелГУ» поучаствовали в разработке новой технологии быстрого анализа бактерий

Учёные из Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семёнова Российской академии наук (Москва) совместно с НИУ «БелГУ» и коллегами из Сколтеха, МФТИ и ИОГен РАН разработали новый метод под названием DirectMS1, позволяющий быстро оценить как видовой состав, так и функциональную активность микроорганизмов и их сообществ. Раньше сбор экспериментальных данных занимал много времени и был достаточно сложным. Учёные отказались от фрагментации белков и за счёт этого сократили часовой эксперимент до семи минут.

– Учитывая многообразие микробного метаболизма, была проведена большая работа, которую можно рассматривать как стартовую точку для развития исследований в данном направлении. Учитывая теоретическую и практическую значимость полученных результатов, исследования мы продолжаем и уверены в эффектах от разработанной методики для контроля за поведением микроорганизмов в окружающей среде, – отметила директор Регионального микробиологического центра НИУ «БелГУ», доктор биологических наук, профессор Инна Соляникова.

Исследователи протестировали метод на отдельных популяциях микроорганизмов, модельных микробных сообществах с известным составом и доступных экспериментальных данных о микробиоте кишечника человека. Чтобы сократить время анализа, учёные разделили процесс определения бактериальных видов на два этапа: сначала проводили предварительный поиск, сократив таким образом базу данных до наиболее вероятных бактерий, а затем использовали её для точного определения видов.

Для проверки эффективности такого двухэтапного подхода с помощью разработанного метода были проанализированы белки 19 заранее известных штаммов бактерий. Оказалось, что предложенный алгоритм определяет виды микроорганизмов с точностью 95%.

Предложенный подход также позволил описать изменения в метаболизме бактерий, которые происходят под влиянием среды обитания. Так, учёные проверили, как меняется биохимическая активность двух видов актинобактерий рода Rhodococcus, расщепляющих ароматические углеводороды и, следовательно, перспективных для утилизации токсичных отходов нефтеперерабатывающей промышленности. В окружении вредных веществ бактерии активно синтезировали набор белков-ферментов, участвующих в их разложении. По количеству таких соединений можно быстро оценивать эффективность и жизнеспособность исследованных бактерий.

– Очень рада, что наши совместные исследования позволили получить первые и очень многообещающие результаты по быстрому скринингу микроорганизмов. При постановке задачи мы исходили из того, что мероприятия по очистке окружающей среды с использованием биопрепаратов требуют мониторинга поведения интродуцированных в экосистемы штаммов, а для точной идентификации близкородственных штаммов исследователи нуждаются в быстрых и точных методах анализа, – поделилась Инна Петровна.

Профессор добавила, что была проделана очень кропотливая работа, основанная, в том числе, на данных биоинформационного анализа и на экспериментальных данных по биохимической характеристике отдельных микробных штаммов в конкретных условиях жизнедеятельности. Перед учёными стояла задача выявить те белки и части белковых молекул, которые позволят определить и выделить из смеси близкородственные штаммы.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Microchemical Journal.