338: Переписывая код жизни

Автоматизированное секвенирование для типирования штаммов в клинических лабораториях

Специалисты клиники Мейо сравнили традиционный метод типирования бактериальных штаммов с новой автоматизированной платформой цельногеномного секвенирования от Clear Labs. Исследование включало 226 клинических изолятов 18 видов патогенов из нескольких коллекций США и Франции.

Преимущества автоматизации

Новая система сократила время ручной работы с 5 до 2 часов, а общее время анализа — с 44-47 до 28 часов. Точность составила более 99% по сравнению с традиционным методом секвенирования генома ядра с множественным локусным типированием последовательностей (cgMLST).

Экономия затрат достигла 34-49% в зависимости от размера партии образцов (до 12 образцов одновременно). Система полностью автоматизирована: от подготовки ДНК до анализа результатов через программное обеспечение.

Клиническое значение

Быстрое типирование штаммов критично для:

• Эпидемиологических расследований вспышек (как текущая вспышка легионеллеза в Гарлеме, Нью-Йорк — свыше 60 случаев, 3 смерти)

• Выбора антибиотикотерапии на основе генов резистентности

• Контроля внутрибольничных инфекций

Система Clear Labs уже применялась для надзора за SARS-CoV-2 в Милуоки, мониторинга сточных вод и типирования микобактерий.

Создание E. coli с 57-кодонным генетическим кодом

Британские исследователи из Института Фрэнсиса Крика создали синтетический штамм E. coli с сокращенным генетическим кодом — 57 кодонов вместо стандартных 61, кодирующих аминокислоты.

Методология

Вместо попытки синтеза всего генома в 4 млн пар оснований ученые:

1. Выбрали тестовый регион — 20 000 пар оснований с важными генами для отработки схем перекодирования

2. Создали фрагменты по 100 килобаз — синтезировали короткие участки и собрали их в дрожжах в кольцевые плазмиды (БАК)

3. Поэтапная интеграция — использовали CRISPR для линеаризации плазмид и рекомбинацию Lambda Red для встраивания в геном E. coli

4. Систематическая сборка — объединили 39 рекодированных сегментов через конъюгацию

Проблемы и решения

Основные трудности возникали в N-концевых областях белков из-за:

• Изменения вторичной структуры мРНК

• Редкости некоторых кодонов и соответствующих тРНК

• Перекрывания генов

Многие рекодированные участки вызывали замедление роста E. coli, что требовало дополнительной оптимизации.

Результат

Итоговый штамм SYN57 растет в 4 раза медленнее дикого типа (удвоение за 80 минут против 20), но остается жизнеспособным. Освобожденные 4 кодона можно использовать для включения неприродных аминокислот в белки — важно для создания новых лекарств и исследовательских инструментов.

📌 Основные выводы для практикующих врачей

1. Автоматизированное секвенирование штаммов уже доступно и может сократить время диагностики почти на сутки при сохранении 99%+ точности — критично для выбора антибиотикотерапии при сепсисе

2. Экономия ресурсов лаборатории составляет до 49% затрат при снижении ручной работы персонала в 2,5 раза

3. Быстрое типирование возбудителей особенно важно для пациентов старше 50 лет, иммунокомпрометированных и курящих при подозрении на легионеллез

4. Технология Clear Labs уже прошла валидацию на крупных вспышках COVID-19 и может применяться для рутинного эпидемиологического надзора

5. Синтетическая биология открывает перспективы создания бактерий для производства лекарств с неприродными аминокислотами — потенциал для персонализированной терапии