Selektive vollständige Genomverstärkung zur Resequenzierung gezielter mikrobieller Arten aus komplexen natürlichen Proben

Zusammenfassung Populationsgenomische Analysen haben sich als leistungsstark erwiesen, um wesentliche Fragen in der evolutionären und molekularen Mikrobiologie zu adressieren. Das Sammeln von Genompopulationen wird in vielen mikrobiellen Arten durch das Fehlen einer kostengünstigen und praktikablen Methode behindert, um ausreichend große Mengen an ausreichend reinem genomischem DNA für die Sequenzierung der nächsten Generation zu sammeln. Hier präsentieren wir eine einfache Methode zur Amplifikation von Genomen einer gezielten mikrobiellen Art, die in einer komplexen, natürlichen Probe vorhanden ist. Die Technik der selektiven vollständigen Genomverstärkung (SWGA) amplifiziert Zielgenome unter Verwendung von Nukleotidsequenzmotiven, die im Genom des Zielmikroben häufig und in den Hintergrundgenomen selten sind, um die hochprozessive phi29-Polymerase zu starten. SWGA verstärkt somit selektiv das Zielgenom aus Proben, in denen es ursprünglich nur einen geringen Anteil an der gesamten DNA ausmachte. Die post-SWGA-Proben sind angereichert mit zielgenomischer DNA, die ideal für die populäre Resequenzierung ist. Wir demonstrieren die Wirksamkeit von SWGA sowohl mit im Labor hergestellten Mischungen von kultivierten Mikroben als auch mit einer natürlichen Wirt-Mikrob-assoziation. Die gezielte Amplifikation von Borrelia burgdorferi, gemischt mit Escherichia coli in Genomverhältnissen von 1:2000, führte zu einer 105-fachen Amplifikation der Zielgenome mit einer 6,7-fachen Amplifikation des Hintergrunds. SWGA-behandelte genomische Extrakte von Wolbachia pipientis-infizierten Drosophila melanogaster führten dazu, dass bis zu 70 % der Reads aus der hochdurchsatz Sequenzierung auf das Genom von W. pipientis abgebildet wurden. Im Gegensatz dazu stammten 2–9 % der Sequenzierungsreads ohne vorherige Amplifikation von W. pipientis. Die SWGA-Technik führt zu einer hohen Sequenzierungsabdeckung bei einem Bruchteil des Sequenzierungsaufwands und ermöglicht somit populäre genomische Studien zu erschwinglichen Kosten.