Les chercheurs développent un cadre métagénomique monocellulaire intégré qui peut améliorer la précision et la résolution de la caractérisation microbienne — ScienceDaily

La métagénomique, une technique avancée de séquençage de l’ADN, permet l’extraction directe et in silico caractérisation (ou simulée par ordinateur) du matériel génétique de populations microbiennes mixtes à la fois, tout en évitant la lourde tâche d’isoler et de cultiver différentes espèces bactériennes à partir du mélange. Bien que cette technique soit utile pour obtenir une image plus large du microbiome, des détails plus fins sur des espèces étroitement apparentées peuvent être manqués, contribuant ainsi au biais et à l’inexactitude.

La génomique unicellulaire (sc) est une approche alternative prometteuse qui permet la récupération de génomes à partir de cellules individuelles. Dans l’ensemble, cependant, cette approche peut entraîner une incomplétude des génomes assemblés étant donné les tailles de fragments d’ADN plus petites, par rapport à l’approche métagénomique conventionnelle.

Dans une étude collaborative pionnière entre l’Université Waseda, au Japon, et bitBiome, une initiative de démarrage de l’Université Waseda, une équipe de chercheurs comprenant le professeur agrégé Masahito Hosokawa a testé une approche hybride combinant la métagénomique conventionnelle avec sc-métagénomique qui peut combler les lacunes dans les deux techniques . « Les génomes bactériens reconstruits à partir d’analyses métagénomiques seules sont imparfaits et contiennent des erreurs. Nous avons développé un nouveau cadre d’intégration métagénomique à cellule unique, appelé SMAGLinker, qui détermine la séquence du génome de chaque cellule individuellement. En utilisant cette méthode, nous visons à obtenir des génomes bactériens précis de manière exhaustive , ce qui a été un défi dans le passé », explique Hosokawa, qui est également le fondateur de bitBiome.

Ils ont d’abord généré des génomes amplifiés unicellulaires (SAG) à l’aide de la technologie microfluidique (une technique avancée d’amplification de l’ADN), pour le microbiote intestinal et cutané humain, ainsi que pour une communauté microbienne « simulée » contenant des bactéries connues à des fins de validation. Ensuite, ils ont analysé et regroupé les séquences, en utilisant une méthode appelée « contig binning ». Ils ont intégré cette analyse avec des génomes assemblés par métagénome (MAG) pour améliorer la couverture globale et la précision du regroupement.

En comparant l’approche intégrée avec l’approche métagénomique conventionnelle, ils ont constaté que la première montrait une plus grande précision et un regroupement précis ainsi qu’un taux de récupération du génome notablement plus élevé (y compris l’ARNr, l’ARNt et les plasmides), par rapport à l’approche conventionnelle.

En utilisant SMAGLinker, les chercheurs ont pu construire un grand nombre de génomes de haute qualité à partir du microbiote intestinal et cutané. De plus, les génomes obtenus à l’aide de cette approche intégrée couvraient un plus grand nombre de genres bactériens par rapport à l’approche conventionnelle, indiquant une meilleure couverture de la diversité bactérienne.

En plongeant plus profondément, les chercheurs ont également obtenu une meilleure résolution de la diversité intra-espèce à l’aide de SMAGLinker. Alors que l’approche métagénomique conventionnelle n’a révélé qu’un seul génome de la bactérie Staphylococcus hominis, contaminé par d’autres Staphylocoque génomes d’espèces, l’approche intégrée a révélé deux souches indépendantes abritant des plasmides distincts provenant du même échantillon de microbiote cutané. Ils ont également pu valider avec succès leurs découvertes en utilisant l’échantillon microbien fictif.

En résumé, SMAGLinker est un outil puissant qui peut améliorer la précision et la qualité de la récupération et de la résolution du génome de génomes étroitement liés dans des mélanges microbiens complexes. Les auteurs sont enthousiasmés par les ramifications potentielles de leurs découvertes. « Les bactéries commensales humaines sont profondément liées à la santé humaine et la compréhension des interactions hôte-microbe est importante pour la conception de nouveaux traitements médicaux ainsi que pour les applications industrielles et environnementales. Nous espérons que cette technologie pourra être étendue à diverses disciplines de recherche pour une caractérisation microbienne précise,  » conclut Hosokawa.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université Waseda. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.