Методика была подтверждена путем отбора проб сотен поверхностей в трех различных средах: в сборочном цехе космических аппаратов в Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнийском технологическом институте; отделение интенсивной терапии новорожденных (NICU) в медицинском центре Джейкобс при Калифорнийском университете в Сан-Диего; и объект по выращиванию исчезающих морских морских ушек в Юго-западном научном центре рыболовства Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) в Ла-Хойя, Калифорния.Подробности техники, получившей название KatharoSeq, опубликованы 13 марта в журнале mSystems. («Катарос» по-гречески означает «чистый», а «Seq» — сокращение от секвенирования.) KatharoSeq уже раскрыл новые идеи о трех испытательных площадках, которые могут помочь оптимизировать сборку марсохода Mars 2020 и отслеживание бактерий в больницах. и о том, как вымирающего белого морского ушка выращивают и возвращают в дикую природу.«Чем больше мы знаем о микробных сообществах в данной среде, тем больше вероятность, что мы сможем изменить их, чтобы улучшить окружающую среду и здоровье человека», — сказал старший автор Роб Найт, доктор философии, профессор педиатрии, информатики и инженерии, и директор.
Центра инноваций в области микробиома Калифорнийского университета в Сан-Диего.Вот что показал KatharoSeq на данный момент:Сборочный цех космических аппаратов в Лаборатории реактивного движения — это место, где НАСА строит космические аппараты и оборудование для запуска в космос. Инженеры и персонал должны учитывать каждый биологический организм, отправляемый в космос, чтобы предотвратить заражение других планет.
В этой части исследования команда Найта задалась вопросом, сможет ли KatharoSeq обнаруживать микробы в том, что считается стерильным.
Из трех испытанных площадок в цехе сборки космических аппаратов было наименьшее микробное разнообразие. Но бактерии все же присутствовали — KatharoSeq обнаружил 32 типа.
Самым распространенным типом был Acinetobacter Iwoffi, связанный с пешеходным движением людей.Команда Найта теперь будет работать с сотрудниками Лаборатории реактивного движения над созданием карты микробов, обитающих на объекте в течение следующих шести месяцев, включая марсоход Mars 2020.
Их цель — отправить на Марс стерильный марсоход.Отделение интенсивной терапии в Медицинском центре Джейкобса при Калифорнийском университете в Сан-Диего является относительно новым — специализированная больница на 245 коек открылась в Ла-Хойе в конце 2016 года, примерно за четыре месяца до сбора образцов для этого исследования.
Отделение интенсивной терапии на 52 комнаты было спроектировано таким образом, чтобы предоставить каждому ребенку и его или ее семье отдельную палату с целью не только улучшить качество обслуживания пациентов, но и предотвратить распространение инфекции среди этой уязвимой группы населения.В этом исследовании образцы ОИТН содержали больше видов бактерий, чем цех сборки космических аппаратов, но меньше, чем цех по выращиванию белого морского ушка.
В соответствии с данными других больниц, исследователи, использующие KatharoSeq, обнаружили, что стафилококковые бактерии были наиболее заметным типом в учреждении, большинство из которых были безвредными обитателями кожи Staphylococcus epidermidis.В отделении интенсивной терапии новорожденных есть два отделения — одно с более высокой степенью остроты зрения (более высокое соотношение количества медицинских работников и пациентов), а другое — с более низкой степенью остроты зрения. Команда обнаружила больше стафилококковых бактерий на поверхности крыла с высокой степенью остроты зрения, что на момент исследования коррелировало с более высокой скоростью культивирования в этой области (шесть положительных культур в 14 палатах с высокой степенью остроты зрения по сравнению с шестью из пяти из 37 помещений с низкой остротой зрения). -очистка комнат).
При использовании KatharoSeq поверхности в одном из отделений интенсивной терапии дали положительный результат на бактерию Serratia marcescens.
В то время команда Найта не знала, что у младенца, находившегося в этой комнате, была инфекция легких, вызванная этой бактерией. Но они отметили, что бактерии отсутствовали в палатах с обеих сторон, подтверждая предположение, что отдельные палаты для пациентов служат барьером для инфекции.«Во всех больницах есть бактерии», — сказал Найт. «Но у нас пока нет такой информации — какие бактерии, где и как долго обнаруживаются.
В настоящее время для мониторинга патогенов требуется брать образцы у пациентов и отправлять их на культивирование, где лаборанты ждут, чтобы увидеть, какие бактерии расти в чашке Петри. Возможность отслеживать и прогнозировать патогены с помощью рутинного неинвазивного отбора проб искусственной среды и секвенирования для идентификации бактерий, а не ожидания роста культур, может быть полезным подходом для выявления потенциальных горячих точек передачи, которые являются в настоящее время неизвестно ".В будущем соавтор Джея Ким, доктор медицинских наук, доцент кафедры педиатрии и медицинского директора по питанию Программы поддержки недоношенных детей, и его команда надеются исследовать пробиотические вмешательства в отделении интенсивной терапии новорожденных.
Они хотят знать, может ли лечение пациентов полезными бактериями помочь предотвратить со временем колонизацию патогенными бактериями как на самом пациенте, так и в искусственной среде помещения.Юго-западный научно-исследовательский центр NOAA по рыболовству выращивает находящихся под угрозой исчезновения белых морских ушек, чтобы помочь восстановить их популяцию в дикой природе. Эти моллюски были первыми морскими беспозвоночными, внесенными в список исчезающих видов — в конце 1990-х годов.
Поскольку их популяция частично сократилась из-за синдрома увядания, вызванного одним из видов бактерий риккетсии, борьба с инфекциями жизненно важна для учреждения по выращиванию, особенно когда морское ушко переносится из других аквариумов. В аквариум с белым морским ушком поступает морская вода, прошедшая УФ-обработку и фильтрацию.
В этом исследовании KatharoSeq обнаружил разнообразное микробное сообщество в аквариумах с белыми морскими ушками. Исследователи обнаружили множество видов морских бактерий, включая симбиотические виды, которые могут помочь рыбе переваривать водоросли.
У белого морского ушка было больше общих бактерий с окружающей средой, чем с соседним красным морским ушком. Но исследователи не обнаружили ни одной вызывающей беспокойство риккетсии. В дальнейшем команда Найта надеется сотрудничать с учреждением по выращиванию, чтобы определить оптимальный микробный состав белого морского ушка и окружающей его среды, чтобы улучшить успех трансплантации.
«Когда дело доходит до здоровья человека и окружающей среды, стерильность не обязательно лучше», — сказал соавтор Расс Веттер, старший научный сотрудник Юго-западного научного центра рыболовства NOAA. «Мы хотим сравнить диких и выращенных в аквариумах морских ушек и лучше понять, как бактерии, живущие в аквариумных морских ушах, помогают или вредят им, когда они попадают в океан. Нужна ли им ванна с пробиотиками перед выпуском, или они будут придерживаться другой диеты. помочь подготовить их? Мы еще не знаем ".Технические подробности.
Первый автор этого исследования, Джеремайя Минич, аспирант, работавший над своей диссертацией в лаборатории Найта и в лаборатории Эрика Э. Аллена, доктора философии, доцента Океанографического института Калифорнийского университета в Сан-Диего Скриппса, протер каждый из этих участков, надевая защитный халат и перчатки, чтобы избежать непреднамеренного загрязнения окружающей среды. Он отвез образцы обратно в лабораторию на сухом льду, затем прогнал их по стандартному протоколу секвенирования ДНК микробов: извлеките ДНК из образцов, амплифицируйте специфичные для микробов «штрих-коды», известные как 16S рРНК, используя метод, называемый полимеразной цепной реакцией (ПЦР). , прогоните их через секвенсор и проанализируйте данные.Новым в KatharoSeq является то, что Minich интегрировал стратегию объединения образцов, соответствующие положительные и отрицательные контроли, высокопроизводительную экстракцию ДНК и подход к очистке ДНК на основе магнитных шариков.
Большинство исследователей пропускают свои образцы через фильтр в колонке, чтобы очистить ДНК перед секвенированием, но Миних и его команда обнаружили, что при этом случайно теряется много материала. С помощью KatharoSeq исследователи улучшили свой уровень обнаружения микробов примерно на два порядка и увеличили скорость обработки образцов примерно в пять раз по сравнению со стандартными методами отбора образцов и секвенирования.
«Мы можем получить результаты уже через 48 часов после получения биологического образца», — сказал Миних. «И мы думаем, что сможем сделать это еще быстрее, если расширим его и включим больше автоматизации в процесс KatharoSeq».