Это усилие, опубликованное 6 июня в Proceedings of the National Academy of Sciences, помещает все гены Staph в одну из двух категорий: основной геном или необязательный геном.
Исследование стало результатом сотрудничества между Бернхардом Палссоном, доктором наук, заслуженным профессором биоинженерии и педиатрии, и Виктором Низе, доктором медицины, профессором педиатрии и фармации. Эксперименты в основном проводил Джонатан Монк, тогда аспирант в лаборатории Палссона.
«Самая захватывающая вещь в этом исследовании – вычислительная способность анализировать так много штаммов одновременно – на самом деле неограниченное количество – чтобы лучше понять взаимосвязь между фундаментальным метаболизмом организмов и его вирулентностью или способностью вызывать болезни человека», сказал Низет, педиатр и исследователь инфекционных заболеваний.
Палссон является пионером в системной биологии, области науки, которая сочетает экспериментальные и вычислительные методы для получения многослойного представления о сложных живых системах и о том, как они работают. В этом исследовании Монк и Палссон использовали модели метаболизма стафилококка в масштабе генома – компьютерное моделирование – для систематического анализа способности 64 штаммов стафилококка развиваться в более чем 300 различных средах.
В среднем один геном Staph кодирует 2800 генов.
Но здесь исследователи обнаружили в общей сложности 7 457 генов в 64 штаммах бактерии – пангеном Staph. Девятнадцать процентов пангенома (1441 ген) составляют то, что команда называет «основным геномом», имея в виду гены, необходимые для жизни и кодируемые всеми штаммами. Напротив, подавляющее большинство пангенома Staph.
Было необязательным и более вариабельным для разных штаммов – 39 процентов (2871 ген) считались «дополнительными», то есть они присутствовали в некоторых, но не во всех штаммах, а остальные 42 процента (2871 ген) "уникальные", то есть они были обнаружены только в одном штамме.
Незаменимые гены придают штаммам, обладающим ими, преимущества в определенных условиях окружающей среды, такие как адаптация к различным жизненным пространствам, способность колонизировать новых хозяев – людей или животных и устойчивость к антибиотикам.
«Знаний об одном штамме никогда не бывает достаточно, чтобы представить целый вид», – сказал Палссон. "Теперь пангеном стафилококка может помочь нам лучше анализировать бактериальную вирулентность и то, как бактерии реагируют на антибиотики или сопротивляются им."
«Это исследование представляет собой важную дорожную карту, которая описывает, что значит быть Staphylococcus aureus», – сказал Низет. "Теперь мы можем использовать эту информацию для проверки любого количества гипотез. Например, мы могли бы идентифицировать систему, которая необходима для жизни бактерии, и теперь мы можем передать эту информацию обратно в лабораторию, глубоко изучить эти гены и белки, которые они кодируют, и отобрать новые терапевтические препараты, которые специально нацелены на этот путь."