Мікробіологи виявили в київському метро унікальні бактерії

Учені Інституту молекулярної біології і генетики провели масштабне дослідження мікроорганізмів столичного метрополітену. Про це повідомляється на сторінці ІМБГ у Facebook.

Цю роботу було проведено в рамках найбільшого у світі метагеномного дослідження міських мікробіомів, що є у повітрі й на поверхнях, до яких торкаються люди. Міжнародний консорціум MetaSUB нещодавно опублікував у Cell результати цього глобального дослідження, що охопило 60 міст світу.

Інститут молекулярної біології і генетики брав активну участь у дослідженні; керівником проєкту від України є молодша наукова співробітниця ІМБГ Аліна Фролова з Групи системної біології.

Проєкт, що мав на меті секвенування та аналіз зразків, зібраних із систем громадського транспорту та лікарень, містить анотацію всіх ідентифікованих мікроорганізмів, а також тисяч вірусів і бактерій та двох архей, яких не знайдено у жодних базах даних.

«Кожне місто має свій власний молекулярний відбиток, який його визначає, – розповів голова консорціуму професор медицини у Weill Cornell (WCM) Крістофер Мейсон (Нью-Йорк). – Якби ви дали мені своє взуття, я міг би приблизно з 90% точністю сказати, з якого ви міста».

Такі висновки базуються на 4728 зразках, що також дали змогу охарактеризувати регіональні маркери антимікробної стійкості.

Завдяки дослідженню сформовано перший у світі систематизований каталог міської екосистеми мікроорганізмів.

На додаток до унікальних мікробних профілів у різних містах аналіз виявив основний набір 31 виду мікроорганізмів, знайдених у 97% зразків. Дослідники виявили 4246 відомих видів мікроорганізмів, але водночас – 10928 нових вірусів та 748 бактерій. Відкриття нових видів може допомогти у побудові філогенетичних дерев, щоб зрозуміти, як різні види мікроорганізмів пов'язані між собою.

Висновки також мають багато потенційних практичних застосувань, на основі даних секвенування було знайдено понад 800 тис. нових масивів CRISPR (технологія редагування геномів). Крім того, висновки вказують на наявність нових антибіотиків та малих молекул, асоційованих з біосинтетичними генними кластерами (biosynthetic gene clusters, BGC), які мають потенціал в галузі розробки нових ліків.

Одним із наступних кроків є синтез і перевірка деяких з цих молекул і прогнозованих BGC медично та терапевтично.

Нагадаємо, проєкт розпочався у 2013 році, коли Крістофер Мейсон почав збір та аналіз зразків мікробів у метрополітені Нью-Йорка. У 2015 році з ініціативи вченого було створено Міжнародний консорціум MetaSUB (скорочення від Metagenomics and Metadesign of Subways and Urban Biomes), який охопив не лише вивчення мікробіомів на твердих поверхнях, а й у зразках міського повітря, води та стічних вод.

Київ приєднався до проєкту в 2017 році.

Кожного року 21 червня MetaSUB проводить глобальний збір зразків по всьому світу (Global City Sampling Day). Зразки збирають за допомогою стерильних свабів, що не містять ДНК і РНК, і відправляють до лабораторії WCM для централізованого виділення генетичного матеріалу і секвенування разом із позитивним та негативним контролями. Повногеномне секвенування дозволяє дослідити весь склад організмів, генетичний матеріал яких потрапив у зразок, що якраз і є об’єктом дослідження метагеноміки.

Група системної біології, до складу якої входить і наукова співробітниця ІМБГ Аліна Фролова, разом з іншими членами консорціуму займається збором зразків, дослідженням й тестуванням молекулярно-біологічних методів й біоінформатичним аналізом даних секвенування.

Люди часто вважають, що тропічний ліс ‒ це щедрість біорізноманіття та нові молекули, які можна застосувати для лікування тих чи інших хвороб, утім, це саме стосується перил або лавок метро.

«Так, у київському метро ми виявили дуже типового представника шкірної мікрофлори людини – сutibacterium acnes, що в нормі зазвичай спостерігається у здорових людей, – розповіла Аліна Фролова. – Ця бактерія входить до складу основних 31 видів, знайдених у всіх 60 містах, і ще раз свідчить про величезний вплив людини на міське середовище».

«Однак виявлено й види, які унікально характеризують київське метро, наприклад, Mycobacterium sp. VKM Ac-1817D – бактерія, вперше секвенована в 2015 році. Це непатогенна мікобактерія, що може здійснювати деструкцію природних стеринів з утворенням андростанів, які є ключовими проміжними речовинами для синтезу фармацевтичних стероїдів. Це не значить, що ця бактерія присутня у великих кількостях, або ми одразу можемо її використати з біофармацевтичною метою, однак пошук і виявлення нових бактерій зі схожими властивостями мають величезний потенціал», – зазначила вчена.