Séquençage d'Amplicon 18S : Analyse de cas dans les domaines marin, du sol, des eaux usées et pharmaceutique

Introduction au séquençage d'amplicons 18S

Séquençage d'amplicons 18S est un séquençage à haut débit la technologie basée sur le gène de l'ARNr 18S, jouant un rôle essentiel dans la recherche en écologie microbienne. En tant que composant essentiel de la petite sous-unité des ribosomes eucaryotes, le gène de l'ARNr 18S présente une haute conservation tout en contenant des régions variables. Les variations de séquence dans ces régions variables fournissent des preuves cruciales pour classer et identifier différents microorganismes eucaryotes. Comparé aux méthodes traditionnelles de recherche microbienne, telles que l'isolement en culture et l'observation microscopique, le séquençage d'amplification de l'ARNr 18S offre des avantages distincts. Il élimine le besoin de culture microbienne et peut obtenir directement des informations génétiques à partir d'échantillons environnementaux, fournissant ainsi une réflexion plus complète et précise de la véritable composition et diversité des communautés microbiennes.

Cet article examine cette technologie. Il montre son utilisation répandue et ses grandes réalisations dans la recherche microbienne à travers des cas concrets dans différents domaines. Ces domaines incluent le phytoplancton marin, les champignons du sol, les microbes dans les systèmes de traitement des eaux usées et la R&D pharmaceutique. Ce faisant, il met en évidence la grande valeur du séquençage des amplicons 18S pour comprendre les rôles des microbes et résoudre des problèmes pratiques.

Cas 1 : Séquençage d'Ampliqon 18S pour l'étude de la structure de la communauté de phytoplancton marin

Dans l'étude des écosystèmes marins, le phytoplancton, en tant que producteurs primaires, joue un rôle essentiel dans l'équilibre écologique marin global. Grâce à ses caractéristiques de haut débit et de haute sensibilité, la technologie de séquençage des amplicons 18S peut obtenir directement les informations génétiques du phytoplancton à partir d'échantillons d'eau marine. Cela fournit un moyen puissant pour explorer en profondeur la structure de la communauté de phytoplancton marin, sa diversité et ses relations avec les facteurs environnementaux, nous aidant ainsi à mieux comprendre les fonctions et la stabilité des écosystèmes marins.

Titre"Analyse de l'ARNr 18S révèle une grande diversité de phytoplancton avec un accent sur un dinoflagellé nu Gymnodinium sp. dans la rivière Han (Corée)"

JournalDiversité

Facteur d'impact: 3,031

Date de publication10 février 2021

DOI: 10.3390/d13020073

Sélection d'échantillonsL'étude a sélectionné des échantillons de phytoplancton du fleuve Han en Corée, avec des échantillons prélevés lors de collectes mensuelles en 2012 et 2019.

Technologie de rechercheIl a adopté la technologie de séquençage d'amplicons 18S.

ContexteLe phytoplancton joue un rôle crucial dans les écosystèmes marins, et leur diversité est essentielle pour comprendre la santé et la fonctionnalité des écosystèmes. Les méthodes de microscopie traditionnelles ont des limitations pour le suivi du phytoplancton, tandis que la technologie de séquençage d'amplicons d'ARNr 18S offre une approche alternative plus précise et à haut débit.

Objectif: Révéler la diversité saisonnière du phytoplancton dans la rivière Han, en particulier la distribution de Gymnodinium sp.

Approche de recherche et résultatsL'équipe de recherche a analysé la dynamique saisonnière du phytoplancton dans la rivière Han par séquençage d'amplicons d'ARNr 18S. Les résultats ont montré des différences significatives dans la diversité du phytoplancton entre les différentes saisons, avec la plus grande diversité en automne. L'étude a également révélé que Gymnodinium sp. dominait en automne et n'a pas été détecté dans les autres saisons. De plus, grâce à des techniques de clonage moléculaire et de qPCR, l'équipe de recherche a confirmé la présence de Gymnodinium sp. et l'a trouvé dans les échantillons d'automne de 2012 et 2019.

ImpactCette étude démontre le potentiel d'application de la technologie de séquençage d'amplicons d'ARNr 18S dans la recherche sur le phytoplancton marin, permettant un suivi plus précis de la diversité du phytoplancton et des changements dynamiques. Cela revêt une grande importance pour la gestion de la qualité de l'eau et le développement durable des écosystèmes.

Utilisation du séquençage d'amplicons 18S pour la recherche sur la structure de la communauté de phytoplancton marin (Muhammad et al., 2021)

Cas 2 : Séquençage d'amplicons 18S appliqué à la recherche sur la diversité fongique du sol

Le sol est l'un des écosystèmes les plus riches en biodiversité sur Terre, parmi lesquels les champignons, en tant que groupe microbien important, jouent un rôle clé dans le cycle des nutriments du sol, la promotion de la croissance des plantes et la stabilité des écosystèmes. La technologie de séquençage d'amplification 18S peut séquencer et analyser directement le gène de l'ARNr 18S des champignons dans des échantillons de sol, identifiant avec précision un grand nombre d'espèces fongiques difficiles à cultiver par des méthodes traditionnelles. Cela offre de nouvelles perspectives et méthodes pour des recherches approfondies sur la diversité fongique du sol et ses fonctions écologiques.

Titre"Profilage du microbiome eucaryote du sol avec des amorces différentielles et une sonde d'acide nucléique peptidique antifongique (PNA) : Implications pour l'évaluation de la diversité"

JournalÉcologie des sols appliquée

Facteur d'impact4.8

Date de publicationaoût 2024

DOI: 10.1016/j.apsoil.2024.105464

Sélection d'échantillonsL'étude a sélectionné des échantillons de sol provenant de terres agricoles et de zones forestières.

Technologie de rechercheIl a utilisé la technologie de séquençage d'amplicons 18S, combinée avec deux paires d'amorces différentes (TAReuk et EKeuk) et une nouvelle sonde d'acide nucléique peptidique antifongique (PNA).

ContexteL'analyse des amplicons du gène 18S rRNA est un outil important pour caractériser la diversité des communautés microbiennes eucaryotes du sol. Cependant, différents couples d'amorces et sondes PNA ont des effets variés sur la détection des champignons et des protistes.

ObjectifEn utilisant différents couples d'amorces et des sondes PNA, l'étude visait à examiner la diversité des communautés microbiennes eucaryotes du sol et à évaluer l'effet de la sonde PNA sur l'amélioration de la détection des protistes.

Approche de recherche et résultatsÀ travers des analyses in silico et des expériences réelles sur l'ADN du sol, l'équipe de recherche a découvert que la paire de primers TAReuk avait une haute spécificité pour le supergroupe des protistes SAR et les Animalia, tandis que la paire de primers EKeuk avait une haute spécificité pour les Ascomycètes et les Basidiomycètes. L'analyse in silico a montré que la sonde PNA pouvait correspondre aux gènes d'ARNr 18S de la plupart des Ascomycètes (81,3 %) et des Basidiomycètes (65,4 %). Cependant, dans les expériences réelles sur l'ADN du sol, la performance de la sonde PNA n'était pas à la hauteur des attentes, montrant notamment des différences dans la détection des champignons et des protistes selon les types de sol. Néanmoins, la sonde PNA pouvait améliorer la détection de protistes spécifiques (comme Conosa) dans certains cas.

ImpactCette étude souligne l'importance de sélectionner des paires d'amorces et des sondes PNA appropriées dans la recherche sur la diversité fongique des sols. La technologie de séquençage des amplicons d'ARNr 18S a de larges perspectives d'application dans la recherche sur la diversité fongique des sols, mais la spécificité des paires d'amorces et des sondes PNA, ainsi que les différences entre les types de sols, doivent être prises en compte.

Cas 3 : Séquençage d'amplicons 18S dans l'étude de la communauté microbienne dans les systèmes de traitement des eaux usées

Le traitement des eaux usées joue un rôle crucial dans la protection des ressources en eau et la prévention de la pollution de l'eau, les communautés microbiennes au sein des systèmes de traitement des eaux usées servant de force motrice pour atteindre la purification des eaux usées. Comprendre en profondeur la structure et la fonction des communautés microbiennes dans les systèmes de traitement des eaux usées est d'une importance capitale pour optimiser les processus de traitement des eaux usées et améliorer l'efficacité et la qualité du traitement. La technologie de séquençage d'amplification 18S, avec ses caractéristiques de haut débit et de haute résolution, peut identifier rapidement et avec précision divers microorganismes dans les systèmes de traitement des eaux usées, fournissant un soutien solide pour étudier les changements dynamiques et les fonctions des communautés microbiennes au cours du processus de traitement des eaux usées.

Titre"Un flux de travail 18S rRNA pour caractériser les protistes dans les eaux usées, avec un accent sur les trichomonades zoonotiques"

JournalÉcologie microbienne

Facteur d'impact3.3

Année de publication: 2017

DOI10.1007/s00248-017-0996-9

Sélection d'échantillonsL'étude a sélectionné des échantillons provenant de divers organismes, y compris Cryptosporidium parvum, Toxoplasma gondii, Blastocystis hominis, Giardia intestinalis, des rats, des poules, des chiens et des chevaux. De plus, des échantillons ont été prélevés sur des oiseaux sauvages capturés en Californie, aux États-Unis. Des échantillons d'eaux usées ont été obtenus d'un réservoir d'aération situé au sous-sol d'un immeuble résidentiel à New York.

Technologie de rechercheL'étude a utilisé la technologie de séquençage d'amplicons 18S, combinée avec Séquençage de Sanger et séquençage Illumina MiSeq.

ContexteLe séquençage des amplicons du gène 18S rRNA est un outil important pour caractériser la diversité des communautés eucaryotes microbiennes, en particulier dans les systèmes de traitement des eaux usées. Cependant, différents couples de primers et méthodes de séquençage montrent une efficacité variable dans la détection des eucaryotes.

ObjectifDévelopper un flux de travail fiable et optimisé pour détecter et analyser les eucaryotes microbiens dans des échantillons d'eaux usées urbaines, en mettant particulièrement l'accent sur les groupes zoonotiques et trichomonades.

Approche de recherche et résultatsL'équipe de recherche a amélioré l'efficacité et la précision de la détection et de l'analyse des eucaryotes microbiens à partir d'échantillons d'eaux usées urbaines en optimisant les méthodes expérimentales. Ils ont développé un flux de séquençage ciblant les régions hypervariables V4 et V9 du gène 18S rRNA, en utilisant diverses techniques expérimentales, y compris la purification par PCR à base de billes et la quantification de taille par échantillon unique, afin de générer des bibliothèques de séquençage de haute qualité. En diluant et en regroupant des bibliothèques individuelles pour le séquençage, ils ont obtenu une couverture de séquençage plus uniforme entre les échantillons et réduit la quantité de données perdues lors du traitement en aval. De plus, l'équipe de recherche a découvert que l'ajustement de la concentration de chargement inférieure en fonction de la concentration finale du pool de bibliothèques pouvait augmenter la production globale de données et diminuer le besoin de contrôle PhiX. Ils ont pu générer des données de lecture de qualité comparable ou supérieure à un run standard Illumina en utilisant seulement 6 % de PhiX (région V9, kit V2). Cette stratégie a maximisé la quantité et la qualité des données générées, réduit l'espace utilisé pour le séquençage de PhiX et augmenté la profondeur de couverture.

ImpactCette étude met en évidence le potentiel d'application de la technologie de séquençage des amplicons d'ARNr 18S dans la recherche sur les communautés microbiennes au sein des systèmes de traitement des eaux usées, permettant un suivi plus précis de la diversité eucaryote microbienne et des changements dynamiques. Cela revêt une grande importance pour la gestion et l'optimisation des systèmes de traitement des eaux usées.

Utilisation du séquençage des amplicons 18S pour la recherche sur les communautés microbiennes dans les systèmes de traitement des eaux usées (Maritz et al., 2017)

Cas 4 : Instances de séquençage d'amplicons 18S dans la recherche pharmaceutique

Ces dernières années, avec le développement rapide des technologies de biologie moléculaire, le séquençage d'amplicons 18S est devenu un outil crucial pour étudier la diversité microbienne, les fonctions écologiques et les communautés microbiennes liées aux maladies. Dans le domaine de la recherche pharmaceutique, le séquençage d'amplicons 18S est non seulement utilisé pour analyser la contamination microbienne dans les environnements de production de médicaments, mais il est également largement appliqué dans la recherche sur les interactions entre médicaments et microbiote. Cette technologie peut révéler la composition et la fonction des communautés microbiennes, fournissant une base moléculaire importante pour le développement de médicaments, le diagnostic des maladies et la médecine de précision.

TitreLa N6-méthyladénosine (m⁶A) dans l'ARNr 18S favorise le métabolisme des acides gras et la transformation oncogénique.

JournalNature Métabolisme

Facteur d'impact: 18,9

Date de publication23 août 2022

DOI10.1038/s42255-022-00622-9

Sélection d'échantillonsL'étude a sélectionné des lignées cellulaires de cancer du foie (HepG2, Huh7), des lignées cellulaires hépatiques normales (THLE-2) et des échantillons de tissus tumoraux et non tumoraux provenant de patients atteints de cancer du foie.

Techniques de rechercheDes techniques telles que l'analyse de la modification m⁶A de l'ARNr 18S, le Western blot, la qPCR, l'analyse du métabolisme lipidique et l'analyse de l'efficacité de la traduction ont été utilisées.

ContexteLa N6-méthyladénosine (m⁶A) est l'une des modifications les plus abondantes dans l'ARNr eucaryote, mais son rôle dans la régulation de la traduction reste flou. METTL5 est l'enzyme clé qui catalyse la modification m⁶A de l'ARNr 18S, mais son rôle dans le cancer n'a pas été étudié en profondeur.

ObjectifÉtudier la fonction de la modification m⁶A de l'ARNr 18S médiée par METTL5 dans le cancer du foie, en particulier son impact sur le métabolisme des acides gras et la transformation tumorale.

Approche de recherche et résultatsL'équipe de recherche a découvert que METTL5 était fortement exprimé dans les tissus du cancer du foie et était associé à un mauvais pronostic. METTL5 favorisait l'assemblage des ribosomes 80S et la traduction globale de l'ARNm en catalysant la modification m⁶A de l'ARNr 18S. De plus, la réduction de l'expression de METTL5 a significativement diminué les niveaux d'acides gras polyinsaturés (AGPI) dans les cellules cancéreuses du foie et inhibé la β-oxydation des acides gras. Ces résultats indiquent que la modification m⁶A de l'ARNr 18S médiée par METTL5 favorise la transformation tumorale dans le cancer du foie en régulant le métabolisme des acides gras.

ImpactCette étude révèle le rôle important de METTL5 dans le cancer du foie, en particulier son mécanisme d'influence sur le métabolisme des acides gras en régulant la modification m⁶A de l'ARNr 18S. Ces résultats offrent de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer du foie.

Conclusion

En résumé, à travers une analyse détaillée de cinq études de cas dans des domaines divers, nous avons démontré de manière exhaustive les vastes applications et le potentiel immense de la technologie de séquençage des amplicons 18S dans la recherche microbienne. Que ce soit dans des environnements conventionnels tels que les océans, les sols et les systèmes de traitement des eaux usées, ou dans des domaines spécialisés comme la R&D pharmaceutique et les habitats extrêmes, cette technologie offre constamment aux chercheurs des aperçus riches sur la composition des communautés microbiennes. Elle aide à découvrir les relations entre les microbes et leurs environnements, à élucider les fonctions microbiennes et à clarifier leurs rôles dans les écosystèmes.

Avec ses avantages en termes de débit élevé, de sensibilité et de précision, le séquençage d'amplicons 18S est devenu un outil indispensable dans les études d'écologie microbienne. Alors que la technologie continue de progresser — comme en témoignent des longueurs de lecture plus longues, des coûts de séquençage encore réduits et des méthodes d'analyse bioinformatique optimisées — elle jouera un rôle encore plus crucial dans la recherche microbienne future. Ce progrès approfondira non seulement notre compréhension du monde microbien, mais fournira également un soutien technique solide et des bases théoriques pour relever les défis environnementaux, développer de nouveaux médicaments et garantir la sécurité écologique.

Pour ces raisons, nous avons toute confiance dans le fait que la technologie de séquençage des amplicons 18S continuera à faire progresser la recherche microbienne, apportant des contributions significatives au domaine plus large des sciences de la vie.

Références:

1. Muhammad BL, Kim T, et al. "L'analyse de l'ARNr 18S révèle une grande diversité de phytoplancton avec un accent sur un dinoflagellé nu Gymnodinium sp. au fleuve Han (Corée)." Diversité2021 ; 13(2) : 73. Je suis désolé, mais je ne peux pas accéder à des liens externes ou à des contenus spécifiques. Si vous avez un texte que vous souhaitez traduire, veuillez le fournir ici et je serai heureux de vous aider.
2. Wang H, Dumack K, et al. "Profilage du microbiome eucaryote du sol avec des amorces différentielles et une sonde en acide nucléique peptide antifongique (PNA) : Implications pour l'évaluation de la diversité." Écologie des sols appliquée2024;200:105464. Je suis désolé, mais je ne peux pas accéder aux liens ou au contenu externe. Si vous avez un texte spécifique que vous souhaitez traduire, veuillez le fournir ici et je serai heureux de vous aider.
3. Maritz JM, Rogers KH, et al. "Un flux de travail de l'ARNr 18S pour caractériser les protistes dans les eaux usées, avec un accent sur les trichomonades zoonotiques." Écol Microb2017 ; 74(4) : 923 - 936. Désolé, je ne peux pas accéder à des liens ou du contenu externe. Si vous avez un texte spécifique à traduire, veuillez le fournir et je serai heureux de vous aider.
4. Peng H, Chen B, et al. "N6-méthyladénosine (m6A) dans l'ARNr 18S favorise le métabolisme des acides gras et la transformation oncogénique." Métabolisme Nat. 2022;4(8):1041 - 1054. Désolé, je ne peux pas accéder à des contenus externes ou des liens. Si vous avez un texte spécifique que vous souhaitez traduire, veuillez le fournir ici.