Une étude récente publiée dans la revue PLOS ONE utilise la métagénomique pour examiner la composition microbienne d’échantillons obtenus du Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Étude: L’analyse métagénomique à multiples facettes des surfaces associées aux engins spatiaux révèle une composition microbienne pertinente pour la protection planétaire. Crédit d’image : Gorodenkoff / Shutterstock.com
Sommaire
Maintenir la propreté des engins spatiaux
Le JPL dispose de plusieurs salles blanches surveillées par métagénomique où les engins spatiaux peuvent être assemblés. Ces salles blanches sont entretenues avec des systèmes de filtration d’air à particules ultra-faibles (ULPA) ou à air particulaire à haute efficacité (HEPA). Différents niveaux d’équipement de protection individuelle (EPI) sont nécessaires pour garantir les normes de propreté.
La charge microbienne des engins spatiaux a toujours été surveillée à l’aide d’approches basées sur la culture. Au fil du temps, des méthodes non basées sur la culture ont été introduites pour le profilage microbien. La faisabilité des approches métagénomiques est testée pour l’identification, la quantification et l’évaluation fonctionnelle microbiennes dans les espaces associés aux engins spatiaux.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs appliquent la métagénomique du fusil de chasse pour évaluer la composition et la charge microbiennes dans les salles blanches du JPL. Des échantillons ont été prélevés dans des environnements contrôlés des salles blanches du JPL et envoyés à l’Institut de recherche en génomique translationnelle (TGen) pour l’extraction de l’ADN et l’analyse par séquençage métagénomique complet (WMGS).
Les échantillons étaient de cinq catégories, y compris l’ADN des salles blanches, les échantillons d’essuyage de surface, les échantillons de préfiltre de banc d’écoulement, les échantillons de vide de salle blanche et les répliques techniques d’ADN. La charge fongique et bactérienne a été mesurée à l’aide des tests de réaction quantitative en chaîne par polymérase (qPCR) FungiQuant et BactQuant, respectivement.
Des tests supplémentaires ont été effectués pour identifier l’ADN humain/végétal présent dans les échantillons. Cinquante-trois échantillons, dont 50 ont été obtenus du JPL et trois du TGen, ont été préparés pour le WMGS à l’aide du kit de séquençage d’ADN Celero basé sur la technologie sans adaptateur-dimère. Les bibliothèques d’ADN ont été quantifiées et visualisées pour évaluer la qualité et la taille.
Les lectures de séquence ont été segmentées en fragments 50-mères non chevauchants et classées taxonomiquement à l’aide du pipeline MTSv. De plus, une réestimation bayésienne de l’abondance après classification avec les outils Kraken (Bracken) et MetaPhlAn2 a été utilisée pour la classification taxonomique. Une analyse fonctionnelle basée sur l’encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto (KEGG) a été réalisée à l’aide de fragments 50-mer.
Résultats de l’étude
Dans l’analyse MTSv, lorsque l’ADN d’entrée était faible, la qualité des bibliothèques de séquençage était médiocre et peu d’organismes étaient détectés. Ces spécimens présentaient des traces de Ralstonia solanacearum et Staphylococcus aureus, qui étaient probablement des contaminants de faible niveau, car ils étaient également présents dans les échantillons témoins et tampons à blanc. De nombreux échantillons contenaient également de l’ADN humain.
Deux échantillons présentaient les taxons non contaminants les plus élevés, tels que Micrococcus luteus, Cutibacterium acnes, et Pseudomonas stutzeri, tandis que cinq échantillons avaient peu de taxons. Les bibliothèques de haute qualité avaient une diversité taxonomique substantielle.
Les échantillons sous vide formaient un groupe serré avec le moins de différences de composition taxonomique. Ces échantillons étaient dominés par Moraxelle osloensis et d’autres organismes préoccupants, y compris Sphingomonas et Roseomonas, pour la protection planétaire.
Méthylobactérie était présent dans tous les échantillons, tandis que Modestobacter marinus, Blastococcus saxobsidens, et Géodermatophilus obscurus ont été détectés chez certains. Les réplicats techniques d’ADN formaient un groupe moins diversifié comprenant Methylobacterium populi, Sphingomonas spp., Serratia marcescens, Chryseobacterium indologenes, Clavibacter spp., et Massilia spp.
Les échantillons d’essuyage n’ont pas formé d’amas. Les échantillons de préfiltre de paillasse avaient des profils similaires à ceux des échantillons d’essuyage. Les échantillons sous vide et les répliques techniques d’ADN ont formé des grappes distinctes dans les analyses MetaPhlAn2 et Bracken.
Tous les échantillons présentaient un signal élevé pour les voies de synthèse de l’isoleucine et de la valine, tandis que les échantillons répliqués d’ADN technique présentaient une forte abondance de cycle d’acide tricarboxylique (TCA), de chargement d’acide ribonucléique de transfert (ARNt), de synthèse d’histidine/arginine et de contournement du TCA-glyoxylate et du glyoxylate voies.
L’analyse fonctionnelle KEGG a identifié cinq protéines qui devraient avoir des fonctions associées à la sporulation dans certains échantillons. Tous les échantillons contenaient de la catalase-peroxydase et aucune protéine associée à la résistance aux radiations n’a été identifiée.
La dissimilitude de Bray-Curtis entre les orthologues de KEGG a été utilisée dans l’analyse en composantes principales. Cela a entraîné un regroupement substantiel basé sur l’emplacement et le type d’échantillon, ce qui est similaire au regroupement taxonomique.
Un total de 18 génomes assemblés métagénomiques (MAG) de haute qualité ont été assemblés à l’aide de lectures de séquences.
Une analyse détaillée de deux ensembles de données a été effectuée en exécutant l’outil de recherche d’alignement local de base des nucléotides (blastn). Dans l’un des ensembles de données, M. osloensis était le plus abondant à 37%, tel qu’identifié par MTSv et Bracken. En revanche, le champignon de la peau Malassezia restricta était le plus abondant à 29 % dans l’autre ensemble de données, suivi de C. acnes à 15%.
conclusion
Pris ensemble, les chercheurs ont identifié des microbes associés aux surfaces des sols et des échantillons de filtres dans les salles blanches du JPL. La plupart des microbes identifiés étaient des organismes humains associés à la peau ou des microbes environnementaux provenant de Actinobactéries et Protéobactéries.
Les échantillons sous vide étaient la plus grande préoccupation pour la protection planétaire, car ils comprenaient plusieurs taxons présentant une résistance potentielle aux radiations, aux métaux lourds et à la dessiccation. L’annotation fonctionnelle n’a pas permis d’identifier les protéines associées à la formation de spores et à la résistance à la dessiccation/radiation.
