Что дали 20 лет секвенирования бактериальных геномов

После публикации в 1995 году первых двух полных последовательностей бактериальных геномов наука о бактериях кардинально изменилась. Благодаря секвенированию ДНК третьего поколения полный бактериальный геном можно прочитать за несколько часов, одновременно выявив некоторые участки метилирования по всей его длине. Секвенирование бактериальных геномов стало стандартной процедурой, а данные о десятках тысяч геномов существенно повлияли на наши представления о мире бактерий. В этом обзоре рассмотрен ряд вопросов, которые помогают понять, что удалось узнать благодаря сравнительной геномике. На сегодняшний день доступны последовательности геномов бактерий, принадлежащих к 50 типам, и архей, принадлежащих к 11 типам. Однако распределение данных крайне неравномерно: преобладают несколько типов, включающих модельные организмы. Тем не менее охват постепенно расширяется благодаря проектам, нацеленным на изучение недостаточно охарактеризованных таксономических групп. Система CRISPR-Cas обеспечивает бактериям защиту от вирусов, численность которых в десять раз превышает численность бактерий. Насколько быстро можно провести секвенирование? Секвенирование второго поколения позволило получить множество черновых сборок геномов: сейчас почти 90 % бактериальных геномов в GenBank не являются полными. Секвенирование третьего поколения потенциально позволяет получить завершённый геном за несколько часов и одновременно выявить участки метилирования по всей длине хромосомы. Последовательности геномов, доступные для бактерий 50 типов и архей 11 типов, свидетельствуют о значительном разнообразии бактериальных сообществ. Секвенирование генома помогает классифицировать организм; если доступны геномы нескольких представителей одного вида, можно рассчитать пангеном и основную часть генома. Сравнение более 2000 геномов Escherichia coli показало, что её основная часть включает около 3100 семейств генов, а общее число различных семейств составляет примерно 89 000. Чем важно секвенирование бактериальных геномов? Оно имеет множество практических применений, включая моделирование метаболизма на уровне генома, биологический мониторинг, биокриминалистику и эпидемиологию инфекционных заболеваний. В ближайшем будущем высокопроизводительное секвенирование метагеномов в образцах пациентов может преобразить медицину, ускорив и повысив точность выявления возбудителей и выбора лечения.