آنالیز متاژنومیکس میکروب های شکمبه شتر

شکمبه در دستگاه گوارش نشخوار کنندگان، یک محفظه تخمیری حجیم است که جمعیت بزرگی از میکروارگانیسم های همزیست که قابلیت هضم مواد لیگنوسلولزی گیاهی را برای حیوان میزبان فراهم می کنند در خود جای می دهد. شناسایی جمعیت میکروبی همزیست در شکمبه، فرصت هایی برای بهبود کارایی هضم مواد غذایی بوسیله حیوان میزبان، کاهش انتشار گاز متان و توسعه سیستم های تخمیری به منظور تبدیل مواد لیگنوسلولزی گیاهی به سوخت های زیستی را فراهم می کند. در این مطالعه، ابتدا از توالی یابی قطعه ای از ژن 16s rrna به منظور بررسی ساختار جامعه میکروبی همزیست در شکمبه شتر استفاده کردیم و سپس، از توالی یابی به روش shutgun برای شناسایی آنزیم های فعال بر روی کربوهیدرات ها که در هضم و تجزیه توده های زیستی لیگنوسلولزی نقش دارند استفاده شد. برای این منظور، سلول های میکروبی از مایعات و مواد جامد نمونه برداری شده از محتویات شکمبه سه شتر ماده که از مناطق جغرافیایی مختلفی انتخاب شده بودند، بازیافت شدند. با استفاده از 76333 توالی کنترل کیفیت شده و عاری از توالی های کایمریک و توالی های تکی، 4954 واحد عملکردی تاکسونومی (otu) در سطح شباهت توالی 97 درصد یا شباهت در سطح تاکسونومی گونه شناسایی شد. در سطح تاکسونومی شاخه، بیش از 96 درصد از کل توالی ها به otu هایی متعلق به شاخه های bacteroidetes (51 درصد)، firmicutes (31 درصد)، proteobacteria (8/4 درصد)، spirochaetes (5/3 درصد)، fibrobacteres (1/3 درصد)، verrucomicrobia (7/2 درصد) و tenericutes (95/0 درصد) نسبت داده شدند. حدود 15 درصد (746 otu) از کل otu ها که توالی های نماینده شاخه های اصلی را در بر می گرفتند، در هر سه حیوان نمونه برداری شده مشترک بودند و به عنوان اعضای میکروبیوم مشترک همزیست در شکمبه شتر در نظر گرفته شدند. آنالیز ترکیب میکروبیوم بین نمونه های گرفته شده از مایعات و نمونه های حاصل از مواد جامد شکمبه، فراوانی افتراقی اعضای جنس های fibrobacter، clostridium، ruminococcus و treponema را در نمونه های گرفته شده از مواد جامد شکمبه نشان داد. در حالی که اعضای جنس های prevotella، verrucomicrobia، cyanobacteria و succinivibrio در مایعات شکمبه تجمع نشان دادند. نتایج اسمبل 23 گیگا جفت باز dna متاژنومی بدست آمده از میکروب های متصل به ذرات مواد غذایی نمونه برداری شده از شکمبه شتر منتج به شناسایی 41965 ژن کدکننده گلیکوزید هیدرولاز (gh) و 7022 دمین متصل شونده به کربوهیدرات (cbm) شد، که فراوانی آن ها بسیار بیشتر تعداد گزارش شده در مطالعات متاژنومیکس شکمبه گاو است. علاوه بر این، orf های با طول کامل و ناقص حاوی دمین های کدکننده کوهسین (189 orf)، داکرین (1544 orf) و slh (838 orf) شناسایی شدند که با در کنار هم نگه داشتن آنزیم های گلیکوزید هیدرولاز و سایر آنزیم های فعال بر روی کربوهیدرات ها در شکل گیری کمپلکس های سلولزومی مشارکت می کنند و کارایی هضم مواد لیگنوسلولزی را افزایش می دهند. بیان پروتئین نوترکیب و سنجش فعالیت سه آنزیم گلیکوزید هیدرولاز از خانواده های gh5، gh8 و gh9 در e.coli نشان داد که بر علیه سوبستراهای سلولزی فعالیت دارند. به طور خلاصه، نتایج حاصل از توالی یابی ژن 16s rrna به وضوح نشان داد که میکروبیوم همزیست در شکمبه شتر از لحاظ ساختاری مشابه میکروبیوم همزیست در شکمبه حیوانات نشخوار کننده دیگر مانند گاو است اما از لحاظ ترکیب با هم اختلاف زیادی نشان می دهند. ویژگی منحصر به فرد میکروبیوم شکمبه شتر که آن را از میکروبیوم همزیست در شکمبه سایر نشخوار کنندگان متمایز می کند، فراوانی بیشتر باکتری های تجزیه کننده سلولز است. نتایج بدست آمده از توالی یابی متاژنوم نیز فراوانی بیشتر آنزیم های گلیکوزید هیدرولازی که بر روی هضم مواد لیگنوسلولزی فعالیت دارند را نشان می دهد.