Специалисты из Донского государственного технического университета, Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова и Вагенингенского университета (Нидерланды) разработали программу для быстрого анализа полезных свойств бактерий.
Новый инструмент KEGGaNOG позволяет автоматически анализировать особенности обмена веществ у микроорганизмов. Он помогает быстро определить, какие полезные вещества, включая витамины, способны синтезировать бактерии. Это значительно облегчает оценку потенциала разных видов для биотехнологий. Программа может применяться при поиске штаммов для создания пробиотиков и других биодобавок. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Nutrition & Food Research.
Бактерии активно используются в биотехнологиях для производства витаминов, антибиотиков, ценных ферментов и других веществ. Некоторые микроорганизмы входят в состав пробиотиков, улучшающих пищеварение и укрепляющих иммунитет. Для понимания пользы определённого вида бактерий нужно расшифровать его геном, поскольку способность синтезировать полезные соединения зависит от наличия соответствующих генов.
Синтез большинства полезных веществ, таких как витамины, включает несколько стадий. Учёным приходится искать целый ряд разных генов, определять их функции и составлять схемы метаболических путей. Этот процесс очень долгий и трудоёмкий, особенно при анализе сотен видов бактерий.
Международная группа учёных разработала инструмент KEGGaNOG. Он помогает быстро оценивать метаболические возможности бактерий. По словам Игоря Попова, научного сотрудника Донского государственного технического университета, идея создания инструмента возникла, когда команда столкнулась с трудностями при анализе кишечных микробных сообществ летучих мышей.
KEGGaNOG объединяет две широко используемые программы — eggNOG‑mapper и KEGG‑Decoder. EggNOG‑mapper определяет функции всех генов по генетической последовательности. Авторы настроили автоматическую загрузку данных из этой программы в KEGGaNOG. Инструмент извлекает коды, соответствующие генам или биохимическим реакциям, и передаёт их в KEGG‑Decoder. Эта программа вычисляет полноту представленности различных метаболических путей в геноме. KEGGaNOG визуализирует полученные данные, создавая тепловые карты, диаграммы и графы. Они наглядно показывают, какие элементы клеточного метаболизма работают в полном составе, а какие отсутствуют.
Исследователи проверили инструмент на геномах 11 бактерий, включая бифидобактерии и лактобактерии, используемые в качестве пробиотиков в молочной продукции. KEGGaNOG подтвердил известные метаболические особенности этих штаммов и выявил различия между ними. Это позволит быстрее определять, какие штаммы лучше подходят для производства определённых витаминов и других полезных соединений. В микробной экологии программа поможет точнее определять роль микроорганизмов в круговороте веществ.
Летучая мышь, микробиом которой анализировали авторы исследования
Младший научный сотрудник Донского государственного технического университета Илья Попов отмечает, что KEGGaNOG превращает генетические последовательности в информативную картину метаболического потенциала бактерий. Специалисты могут быстро получить визуализацию и понять эффективность штамма в производстве нужного соединения. Инструмент уже привлёк внимание научного сообщества — количество его установок приближается к 30 тысячам. Разработчики планируют поддерживать и расширять функционал KEGGaNOG, выпускать обновления и создавать новые биоинформатические решения для точного анализа микробиомных данных.
Источник: habr.com