华人学者提出新概念:利用tRNA测序解析肠道微生物组

【字体: 时间:2018年12月18日 来源:生物通

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  新的RNA测序策略帮助科学家了解自然发生的与饮食有关的微生物组活性

  

生物通报道:来自芝加哥大学的研究人员开发了一种高通量RNA测序新方法,分析研究肠道微生物组的活性。

与一般的RNA测序不同,这些新工具分析的是转移RNA——tRNA,也就是将DNA中编码的遗传信息转化为执行基本生物功能的蛋白质的RNA。如果能过清楚地了解tRNA动态,科学家就能了解天然存在的微生物组的活性,并研究它们对环境变化的反应,例如变化的温度或营养物质的变化。

这一研究成果公布在Nature Communications杂志上,由芝加哥大学生物化学和分子生物学教授潘涛(Tao Pan)博士领导完成。早年毕业于德国萨尔布吕肯大学的潘教授从事RNA研究多年,曾发现tRNA的非翻译作用,这种甲基化对于tRNA的稳定性具有重要意义(Cell里程碑成果:tRNA居然还有另外的作用)。

转录组是特定细胞或组织在特定时间或状态下转录出来的所有RNA的集合。通过对转录组的研究可以揭示生物体的基因表达,研究结构变异及发现新基因。新的RNA测序(RNA-seq)策略也包含tRNAs测序。

细菌中的每个tRNA平均有八种化学修饰可以调节其功能。新高通量测序和分析方法不仅可以检测其中两个,而且也可以检测每个位点发生的从0到100%的修饰修改。比如一种修饰——m1A,研究显示,喂食高脂肪饮食的小鼠的肠道微生物组中m1A水平更高,这是科学家们第一次在微生物组中观察到tRNA发生的修饰水平变化。

潘教授说:“我们之前并不了解为什么m1A tRNA修饰会有存在的需要,或者说它们有什么用途,在微生物组中观察到这种改变,前所未有。”

m1A修饰有助于合成某些类型的蛋白质,这些蛋白质在高脂肪饮食中可能更丰富。研究人员还不知道这些修饰差异是否与饮食有关,还是它们存在,只是变得活跃,增强这些蛋白质的合成。

这项研究是芝加哥大学一系列微生物组项目中的一项,该项目由Keck基金会资助。潘教授开创了tRNA测序工具的使用,因此获得了基金会的资助,他与A. Murat Eren等人通过tRNA测序产生的大量数据,希望能以低成本获得与人类或环境相关的微生物组的关键见解。

“过去二十年中涌现了不少新的分子和计算工具,帮助我们区分了微生物的生命表面及其对周围环境的影响,”Eren说,“而tRNA测序可以通过对转化机制的核心提出无需太高成本的新见解,不仅可以成为了解微生物对细微环境变化的反应的一种方式——这些变化无法通过其他方式检测,而且还可以将更多的RNA生物学和RNA表观遗传学带入微生物组快速发展的新领域。”

“有许多方法可以检查微生物组的活性,但没有什么比测序更快的了,而且还可以获得更多的数据,”潘教授说,“在这里,我们开发了一种新方法,通过tRNA和高通量测序报告微生物组的活性,这确实物有所值。”

(生物通:万纹)

原文标题:

Microbiome characterization by high-throughput transfer RNA sequencing and modification analysis




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