Badanie JPL wykorzystuje sekwencjonowanie metagenomiczne do monitorowania obciążenia bakteryjnego statku kosmicznego

Najnowsze badanie opublikowane w czasopiśmie Plus jeden Metagenomika służy do badania składu mikrobiologicznego próbek z Jet Propulsion Laboratory (JPL).

pobyt: Wielopłaszczyznowa analiza metagenomiczna powierzchni związanych ze statkami kosmicznymi ujawnia skład drobnoustrojów istotny dla ochrony planet. Źródło obrazu: Gorodenkoff/Shutterstock.com

Utrzymanie czystości statku kosmicznego

JPL zawiera kilka kontrolowanych metagenomicznie pomieszczeń czystych, w których można montować statki kosmiczne. Te czyste pomieszczenia są utrzymywane przy użyciu systemów filtracji ultraniskiego powietrza (ULPA) lub wysokowydajnych cząstek stałych (HEPA). Aby zapewnić standardy higieny, wymagane są różne poziomy środków ochrony indywidualnej (PPE).

Obciążenie bakteryjne statków kosmicznych było monitorowane historycznie przy użyciu podejść opartych na kulturach. Z biegiem czasu wprowadzono metody profilowania drobnoustrojów, które nie opierają się na hodowli. Testowana jest wykonalność podejść metagenomicznych do identyfikacji, kwantyfikacji i oceny funkcjonalnej drobnoustrojów w przestrzeniach związanych ze statkami kosmicznymi.

o studiowaniu

W tym badaniu naukowcy zastosowali metagenomikę shotgun do oceny składu i obciążenia mikrobiologicznego w pomieszczeniach czystych JPL. Próbki zostały pobrane z kontrolowanych środowisk w pomieszczeniach czystych JPL i wysłane do Translacyjnego Instytutu Badań nad Genomem (TGen) w celu ekstrakcji DNA i analizy całego sekwencjonowania metagenomicznego (WMGS).

Próbki podzielono na pięć kategorii, w tym DNA z pomieszczeń czystych, próbki ze skanowania powierzchni, próbki z wstępnej filtracji na stole przepływowym, próbki próżniowe z pomieszczeń czystych i techniczne transkrypty DNA. Obciążenie grzybami i bakteriami mierzono odpowiednio za pomocą testów ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy (qPCR) FungiQuant i BactQuant.

Przeprowadzono dodatkowe testy w celu określenia ludzkiego/roślinnego DNA obecnego w próbkach. Pięćdziesiąt trzy próbki, z których 50 uzyskano z JPL, a trzy z TGen, przygotowano dla WMGS przy użyciu zestawu do sekwencjonowania DNA Celero opartego na technologii bez adaptera. Biblioteki DNA określono ilościowo i zwizualizowano w celu oceny jakości i wielkości.

Odczyty sekwencjonowania podzielono na nienakładające się na siebie 50-merowe fragmenty i sklasyfikowano taksonomicznie przy użyciu potoku MTSv. Ponadto do klasyfikacji taksonomicznej zastosowano ponowne oszacowanie bayesowskie liczebności po klasyfikacji za pomocą narzędzi Kraken (Bracken) i MetaPhlAn2. Analizę funkcjonalną przeprowadzono na podstawie Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) przy użyciu 50-merowych fragmentów.

Wyniki

W analizie MTSv, gdy wejście DNA było niskie, jakość bibliotek sekwencjonowania była słaba i wykryto niewiele organizmów. Te próbki mają implikacje Ralstonia solanacearum I Staphylococcus aureus, które prawdopodobnie są zanieczyszczeniami niskiego poziomu, ponieważ były również obecne w kontrolnych i buforowych próbkach zerowych. Wiele próbek zawierało również ludzkie DNA.

Dwie próbki zawierały najwyższe niezanieczyszczone taksony, np Micrococcus luteus, Cutibacterium acnes, I Pseudomonas stutzeri, podczas gdy pięć próbek zawierało kilka taksonów. Biblioteki wysokiej jakości cieszą się dużą różnorodnością taksonomiczną.

Puste próbki tworzyły zwarte skupisko z minimalnymi różnicami w strukturze taksonomicznej. kontrolę nad tymi próbkami Moraxella Oslonsis oraz inne organizmy budzące obawy, m.in sfingomony I rosomonas, Aby chronić planety.

Metylobakterie był obecny we wszystkich próbkach, podczas gdy umiarkowany marinus, Blastococcus saxobsidens, I Geodermatophilus obscurus wykryto w niektórych Mniej zróżnicowaną grupę stanowiły repliki techniczne DNA Methylobacterium bobuli, Sphingomonas sphingomonas, Serratia marscens, Chrysobacterium endogenis, Clavibacter spp. , I Massilia spp.

Skanowane próbki nie tworzą masy. Próbki z filtra wstępnego ze stołu miały podobne profile do próbek skanowanych. Próbki wakuoli i techniczne multipleksy DNA tworzyły odrębne klastry w analizach MetaPhlAn2 i Bracken.

Wszystkie próbki miały wysoki sygnał dla szlaków syntezy izoleucyny i waliny, podczas gdy techniczne próbki replikacji DNA wykazały dużą obfitość cyklu kwasu trikarboksylowego (TCA), ładunku kwasu rybonukleinowego (tRNA), syntezy histydyny / argininy oraz obejścia glioksylanu TCA i szlaków glioksylanowych .

Analiza funkcjonalna KEGG zidentyfikowała pięć białek, które według przewidywań pełnią funkcje związane z przetrwalnikami w określonych próbkach. Wszystkie próbki zawierały katalazę-peroksydazę i nie zidentyfikowano żadnego białka związanego z odpornością na promieniowanie.

W analizie głównych składowych wykorzystano różnicę Braya-Curtisa między ortologami KEGG. Spowodowało to duże grupowanie oparte na lokalizacji i typie próbki, co jest podobne do grupowania taksonomicznego.

Za pomocą odczytów sekwencjonowania zmontowano łącznie 18 wysokiej jakości metagenomicznych genomów kompozytowych (MAG).

Szczegółową analizę przeprowadzono na dwóch zestawach danych, uruchamiając podstawowe narzędzie do wyszukiwania lokalnego dopasowania nukleotydów (blastn). w jednym ze zbiorów danych, M. osloensis Był najbardziej obfity i wynosił 37%, jak ustalili MTSv i Bracken. Z kolei grzybica skóry Ograniczenie Malassezia Był najbardziej obfity i wynosił 29% w innym zbiorze danych, a następnie C. trądzik o 15%.

wnioski

Podsumowując, naukowcy zidentyfikowali drobnoustroje związane z powierzchniami podłóg i próbkami filtrów w pomieszczeniach czystych JPL. Większość zidentyfikowanych drobnoustrojów to organizmy związane z ludzką skórą lub drobnoustrojami środowiskowymi promieniowce I Proteobakterie.

Próbki pustek były najważniejsze dla ochrony planetarnej, ponieważ składały się z wielu taksonów o potencjalnej odporności na promieniowanie, metale ciężkie i wysychanie. Adnotacja funkcjonalna nie była w stanie zidentyfikować białek związanych z tworzeniem przetrwalników i odpornością na wysychanie/promieniowanie.