Kan man genomsekventere de enkelte bakteriearter i en tilfældig jordprøve, når prøven indeholder flere tusinde forskellige slags bakterier, der ikke kan dyrkes i et laboratorium?
Det lyder som en umulig opgave, men svaret er faktisk, at det kan man godt, takket være en ny revolutionerende metode, som forskere fra Aalborg Universitet har udviklet.
Dermed kan ingen bakterier længere undslippe forskernes forsøg på at afsløre mikrobernes inderste hemmeligheder.
»Vores metode åbner op for en helt ny forståelse af bakterier. Hidtil har vores viden om bakteriers genomer været begrænset af manglerne i de tilgængelige analysemetoder. Men med denne nye metode kommer vi til at se en eksplosion i antallet af hel-genomsekventerede bakterier inden for de næste fem år,« forudsiger professor Per Halkjær Nielsen fra Institut for Kemi og Bioteknologi, Aalborg Universitet.
Den nye metode er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Biotechnology og kan blive et vigtigt redskab for forskere, der vil have indsigt i, hvordan bakterier har udviklet sig, er beslægtede og fungerer.
Ph.d.-studerende bag metoden
Ideen til den nye analysemetode blev undfanget af ph.d.-studerende Mads Albertsen fra Aalborg Universitet: Han spekulerede nemlig i, at man kunne tage to bakterieprøver med forskellige relative mængder af de samme bakterier og hive den genetiske information ud af hele molevitten.
Forskerne skærer genomerne fra hver af prøverne i små DNA-sekvenser på mellem 150 og 250 basepar (DNA’ets byggesten). Derefter kigger de på, hvordan hyppigheden af DNA-sekvenserne varierer mellem de to prøver.
\ Fakta
Hel-genomsekventering foregår traditionelt ved, at forskere dyrker bakterier i laboratoriet, indtil de har nok DNA til at lave en analyse. Ved hel-genomsekventering er det nødvendigt med DNA fra mange bakterier fra den samme art. Mange bakterier kan dog ikke dyrkes i et laboratorium, og deres genomer er derfor svære at sekventere. En relativt ny metode, kaldet ’enkelt celle genomics’, tillader også forskerne at lave genomsekventering af én enkelt celle, men her får forskerne typisk kun cirka 60 procent af genomet ud af analysen. Den nye analysemetode giver forskerne hele genomet, uden at det er nødvendigt først at udtage en enkelt bakterie og dyrke den i laboratoriet.
Ved at indtegne de forskellige DNA-sekvensers hyppigheder i et diagram, vil DNA-stykker, der findes i prøven med samme hyppighed, gruppere sig sammen i diagrammet. De grupperede DNA-stykker afspejler, hvilke stykker DNA, der oprindeligt hørte sammen i prøverne og altså hører til samme bakterieart.
Forskerne kan herefter samle de grupperede DNA-sekvenser til den individuelle bakteriers fulde genomer.
Det lyder komplekst. Det er det også.
»Det er ikke et job for amatører. Men Mads er en rigtig dygtig bioinformatiker, så han fandt ud af, hvordan man kunne jonglere med de omkring 100.000.000 stykker data, der kommer ud af analysen,« fortæller Per Halkjær Nielsen.
Fremtidens analyseredskab
Den nye analysemetode åbner op for helt nye muligheder for at kigge på bakterier.
Med analysemetoden kan forskere blandt andet få et indblik i alle de tusindvis af ukendte bakterier i alt fra jorden til vores tarme, som har været umulige at få den genetiske information ud af før nu, da bakterierne ikke lader sig dyrke i et laboratorium.
-
Metoden betyder for det første, at forskere kan få en helt ny forståelse af bakteriernes udvikling, og hvordan de genetisk er beslægtede.
-
For det andet kan forskere få et indblik i de mange forskellige bakteriers funktioner i deres respektive miljøer.
- For det tredje giver den nye metode biotek-industrien et meget værdifuldt redskab til at gå på jagt efter kommercielt interessante bakterierne med egenskaber, der kan være gavnlige for mennesker i en eller anden sammenhæng.
Den nye metode kan altså være interessant for en lang række forskere med forskellige interesser.
»Det er bestemt en lille revolution inden for studiet af naturlige mikrobielle samfund.«
Kasper Urup Kjeldsen, Aarhus Universitet
»Jeg tror, at vores metode vil betyde, at vi de kommende fem år vil komme til at få hel-genomsekventeret rigtig mange bakterier, som kan give os en masse spændende information,« siger Per Halkjær Nielsen.
En revolution inden for bakteriestudier
De danske forskere har allerede i deres studie bevist, hvor effektiv den nye metode er.
I forbindelse med udviklingen af metoden analyserede de for første gang en jordlevende bakterieart, der stammer fra en overordnet bakterieklasse, hvis genetik man slet ikke har kendt noget til førhen.
Klassen har hidtil haft navnet TM7 efter den tyske jordprøve, hvor spor af dens DNA blev fundet.
Forskerne har nu døbt klassen Saccharibacteria og bakteriearten Candidatus Saccharimonas aalborgensis.
Med sekventeringen af bakterien beviser forskerne, at deres metode kan det, som de lover; nemlig at hel-genomsekventere en bakterie, som ikke lader sig dyrke i et laboratorium.
Den nye metode begejstrer ph.d. og forsker ved Center for Geomikrobiologi ved Aarhus Universitet Kasper Urup Kjeldsen, der selv arbejder med at genomsekventere mikroorganismer, der ikke uden videre lader sig dyrke i et laboratorium.
»Det er en meget interessant metode, som vi selvfølgelig vil være meget opmærksomme på, og jeg mener også, at det vil være en metode, som vi selv kan komme til at bruge i fremtiden. Det er bestemt en lille revolution inden for studiet af naturlige mikrobielle samfund,« siger Kasper Urup Kjeldsen.
