Взрослый человек колонизируется многими сотнями видов бактерий, а общая микробная биомасса у среднестатистического взрослого человека составляет приблизительно 3-4 килограмма [1]. Бактерии и другие микроорганизмы в организме составляют микробиоту человека.
Большинство находится в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), но также и все поверхности, контактирующие с окружающей средой, колонизированы. Симбиотические бактерии в нашем организме облегчают переваривание пищи, делают питательные вещества более биодоступными, нейтрализуют токсины [2, 3, 4]. Кроме того, микробиота играет важную роль в защите от инфекций, защищая колонизированные поверхности от вторжения патогенов. В последние годы наблюдается рост исследований микробов в организме и их геномов (ДНК). Становится все более очевидным, что микробы важны для здоровья человека, но также они могут являться возбудителями болезней. Воспалительные заболевания кишечника, язвы желудка, рак толстой кишки и ожирение являются примерами заболеваний, в которых микробиота играет важную роль [4, 5]. С накоплением знаний о влиянии бактерий на здоровье человека, появляются новые методы, которые основаны на применении пробиотиков в терапии.
Актуальность работы
При учёте влияния бактерий в терапии, важна их точная идентификация. Вместе с традиционными методами идентификации микроорганизмов с использованием культуральных и морфологических характеристик, химических и биохимических реакций [6], в последнее время все более широкое применение находят методы определения микроорганизмов, основанные на сравнении нуклеотидных
последовательностей генов микроорганизмов [7] и анализе полиморфизма фрагментов ДНК, которые были получены амплификацией отдельных генов бактерий [8].
Цель
Идентифицировать образцы почвенных бактерий при помощи метода, основанного на генетических особенностях этих бактерий.
Задачи
Для достижения заданной цели были поставлены следующие задачи:
1. Выделить ДНК из опытных образцов бактерий и определить концентрацию и чистоту полученных препаратов ДНК.
2. С помощью метода ПЦР получить ампликоны гена 16SpPHK с использованием выделенных образцов ДНК.
3. Провести реакцию рестрикции полученных ампликонов.
4. Провести электрофорез рестриктов и проанализировать электрофореграммы.
5. Сравнить практические электрофореограммы с теоретическими из нашей базы данных.
6. Сделать выводы о видовой принадлежности бактерий.
Работа выполнена в Центре коллективного пользования Института Фундаментальной Биологии и Биотехнологии СФУ.
Методом анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов была определена видовая принадлежность 11 образцов бактерий. В процессе проделанной работы была выделена высококачественная ДНК бактерий и проведена ее очистка. Используя ПЦР мы получили ампликоны размером 900 п.о. гена 16S рибосомальной РНК. Также был проведен рестрикционный анализ исследуемых ампликонов. Полученные данные мы сравнили с электрофореграммами из нашей базы данных теоретических электрофореограмм. По результатам исследования образцы бактерий оказались представителями видов: Arthrobacter globiformis, Agrobacterium tumefaciens, Achromobacter xylosoxidans, Roseovarius tolerans, Pseudomonas fluorescens, Bacillus cereus, Bacillus pumilus, Bacillus subtilis, Escherichia coli.
1. Sender, R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body / R. Sender, S. Fuchs, R. Milo // PLoS biology. - 2016. - T. 14. - №. 8. -
C. e1002533.
2. Backhed, F. Host-bacterial mutualism in the human intestine / F. Backhed, R.E. Ley, J.L. Sonnenburg, D.A. Peterson, J.I. Gordon // Science. - 2005. - T. 307, №. 5717. - C. 1915-1920.
3. Hooper, L. V. How host-microbial interactions shape the nutrient environment of the mammalian intestine / L.V. Hooper, T. Midtvedt, J.I. Gordon // Annual review of nutrition. - 2002. - T. 22, №. 1. - C. 283-307.
4. Bonfrate, L. Microbiota in health and irritable bowel syndrome: current knowledge, perspectives and therapeutic options / L. Bonfrate, J. Tack, I. Grattagliano, R. Cuomo, P. Portincasa // Scandinavian journal of gastroenterology. - 2013. - T. 48, №. 9. - C. 995-1009.
5. Cho, I. The human microbiome: at the interface of health and disease / I. Cho, M.J. Blaser // Nature Reviews Genetics. - 2012. - T. 13, №. 4. - C. 260-270.
6. Определитель бактерий Берджи. / Под ред. Хоулта Дж. и др.: 9-е издание в 2-х томах: Пер. с англ. под ред. акад. РАН Г.А. Заварзина, - Москва, 1997
7. Bentley, R. W. Intrageneric structure of Streptococcus based on comparative analysis of small-subunit rRNA sequences / R.W. Bentley, J.A. Leigh, M.D. Collins // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. - 1991. - T. 41, №. 4. - C. 487-494.
8. Jayarao, B. M. Restriction fragment length polymorphism analysis of 16S ribosomal DNA of Streptococcus and Enterococcus species of bovine origin / B.M. Jayarao, J.J. Dore Jr, S.P. Oliver // Journal of Clinical Microbiology. - 1992. - T. 30, №. 9. - C. 2235.
9. Van Amersfoort, E. S. Receptors, mediators, and mechanisms involved in bacterial sepsis and septic shock / E. S. Van Amersfoort, T.J.C. Van Berkel, J. Kuiper // Clinical microbiology reviews. - 2003. - T. 16, №. 3. - C. 379.
10. Peterson, J. The NIH human microbiome project / J. Peterson et al. // Genome research. - 2009. - T. 19, №. 12. - C. 2317-2323.
11. Willey, J. M. Prescott's microbiology / J. Willey, L. Sherwood, C.J. Woolverton // New York : McGraw-Hill, 2011. - T. 7. - C. 713—721.
12. Cui, L., Morris A., Ghedin E. The human mycobiome in health and disease / L. Cui, A. Morris, Ghedin // Genome medicine. - 2013. - T. 5, №. 7. - C. 1-12.
13. The Normal Bacterial Flora of Humans [r)jeii
14. Yang, I. The infant microbiome: implications for infant health and neurocognitive development / I. Yang, E.J. Corwin, P.A. Brennan, S. Jordan, J.R. Murphy, A. Dunlop // Nursing research. - 2016. - T. 65, №. 1. - C. 76.
15. Wall, R. Role of gut microbiota in early infant development / R. Wall et al. // Clinical medicine. Pediatrics. - 2009. - T. 3. - C. CMPed. S2008...84