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Una popolazione di microrganismi che vivono nel nostro intestino, noto come microbiota intestinale, svolge un ruolo cruciale nel controllo del nostro metabolismo e nella riduzione del rischio di condizioni come l’obesità e il diabete.
Gli studi hanno dimostrato che un modo per promuovere la crescita di tali microrganismi benefici e modulare la loro composizione per un equilibrio sano è quello di aggiungere alcune forme di fibre, come l’inulina, alla nostra dieta. Tuttavia, tra tutte le decine di trilioni di microrganismi presenti nel microbiota intestinale, è stato difficile determinare quali e in che modo i microrganismi rispondono alle fibre alimentari. Questo perché le attuali tecniche si basano sulla disponibilità di genomi di riferimento nei database delle sequenze di DNA per una classificazione tassonomica precisa e assegnazioni funzionali accurate di organismi specifici, ma in realtà, una metà stimata delle specie di intestino umano manca di un genoma di riferimento. Inoltre, le tecniche esistenti richiedono ore o addirittura giorni per completare l’attività.
Per affrontare questo problema, gli scienziati della Waseda University hanno ideato una nuova tecnica chiamata genoma amplificato a singola cellula nella piattaforma di sequenziamento di perle di gel (SAG-gel), che può fornire contemporaneamente più genomi di tiraggio del microbiota intestinale e identificare i batteri che rispondono alla fibra alimentare a livello di specie senza la necessità di genomi di riferimento esistenti. Inoltre, il vantaggio di questa tecnica è che bastano 10 minuti per ottenere i genomi di sformo dai dati grezzi del sequenziamento del genoma intero poiché ogni dato è puramente derivato da singoli microbi. Ciò accelera notevolmente il tempo necessario per il processo.
“La nostra nuova tecnica di sequenziamento del genoma a singola cellula può ottenere ciascun genoma batterico separatamente e caratterizzare i batteri non coltivati ??con funzioni specifiche nel microbiota, e questo può aiutarci a stimare i lignaggi metabolici coinvolti nella fermentazione batterica delle fibre e gli esiti metabolici nell’intestino in base a le fibre ingerite “, afferma Masahito Hosokawa, assistente professore alla Facoltà di Scienze e Ingegneria dell’Università Waseda e corrispondente autore di questo studio. “Introduce un’analisi funzionale migliorata ed efficiente dei batteri non coltivati ??nell’intestino.”
Ciò che gli scienziati hanno fatto è stato quello di alimentare i topi con una dieta a base di inulina per due settimane e ha utilizzato la tecnica per catturare in modo casuale singole cellule batteriche presenti nei campioni fecali dei topi in minuscole perle di gel. Le cellule batteriche sono state quindi processate individualmente nelle perle di gel fluttuanti in una provetta e più di 300 genomi amplificati a singola cellula (SAG), o genomi di un organismo a singola cellula come i batteri, sono stati ottenuti mediante sequenziamento massiccio parallelo. Poiché ogni SAG è composto in media da decine di migliaia di letture, consente il sequenziamento del genoma intero estremamente efficiente in termini di costi delle cellule bersaglio. Dopo il controllo di qualità e la classificazione dei SAG, gli scienziati hanno determinato quali batteri erano responsabili della scomposizione dell’inulina e dell’estrazione di energia da essa.
“Secondo i nostri risultati, la dieta ricca di inulina ha aumentato le attività delle specie Bacteroides all’interno dell’intestino del topo”, spiega Hosokawa. “Inoltre, dal progetto di genoma di specie Bacteroides recentemente scoperte, abbiamo scoperto il cluster genetico specifico per la scomposizione dell’inulina e la specifica via metabolica per la produzione di acidi grassi a catena corta specifici, un metabolita prodotto dal microbiota intestinale. Risultati come questi aiuterà gli scienziati in futuro a prevedere la fermentazione metabolica delle fibre alimentari in base alla presenza e alla capacità dei rispondenti specifici “.
Questa tecnica potrebbe essere applicata ai batteri che vivono ovunque, sia all’interno dell’intestino umano, nell’oceano o persino nel suolo. Sebbene sia necessario migliorare la sua accuratezza poiché la lettura della sequenza del DNA per alcune regioni genetiche è considerata difficile, Hosokawa spera che questa tecnica venga applicata in medicina e nell’industria e sfruttata per migliorare la salute umana e animale.