16S рибосомальная РНК (или 16S рРНК ) представляет собой РНК-компонент 30S субъединицы прокариотической рибосомы ( SSU рРНК ). Он связывается с последовательностью Шайна-Далгарно и обеспечивает большую часть структуры SSU.
Гены, кодирующие его, называются геном 16S рРНК и используются при реконструкции филогении из-за медленных темпов эволюции этой области гена. [2] Карл Вёзе и Джордж Э. Фокс были первыми, кто впервые применил 16S рРНК в филогенетике в 1977 году. [3] Несколько последовательностей гена 16S рРНК могут существовать внутри одной бактерии . [4]
Ген 16S рРНК используется для филогенетических исследований [7] , так как он высоко консервативен у разных видов бактерий и архей. [8] Carl Woese впервые применил 16S рРНК в 1977 году. [2] Предполагается, что ген 16S рРНК можно использовать в качестве надежных молекулярных часов, поскольку показано, что последовательности 16S рРНК из отдаленно родственных бактериальных линий имеют сходные функциональные возможности. [9] Некоторые термофильные археи (например, отряд Thermoproteales ) содержат интроны гена 16S рРНК , которые расположены в высококонсервативных областях и могут влиять на отжиг «универсальных»грунтовки . [10] Митохондриальная и хлоропластная рРНК также амплифицируются.
Наиболее распространенная пара праймеров была разработана Weisburg et al. (1991) [7] и в настоящее время обозначается как 27F и 1492R; однако для некоторых применений могут потребоваться более короткие ампликоны , например, для секвенирования 454 с химией титана пара праймеров 27F-534R, охватывающая V1-V3. [11] Часто используется 8F, а не 27F. Два праймера почти идентичны, но 27F имеет М вместо С. AGAGTTTTGATC M TGGCTCAG по сравнению с 8F. [12]
В дополнение к высококонсервативным сайтам связывания праймеров последовательности генов 16S рРНК содержат гипервариабельные области , которые могут обеспечивать видоспецифичные сигнатурные последовательности, полезные для идентификации бактерий. [19] [20] В результате секвенирование гена 16S рРНК стало преобладающим в медицинской микробиологии как быстрая и дешевая альтернатива фенотипическим методам идентификации бактерий. [21] Хотя первоначально оно использовалось для идентификации бактерий, впоследствии было обнаружено, что 16S-секвенирование способно переклассифицировать бактерии в совершенно новые виды [ 22] или даже роды . [7] [23]Он также использовался для описания новых видов, которые никогда не были успешно культивированы. [24] [25] С появлением секвенирования третьего поколения во многих лабораториях одновременная идентификация тысяч последовательностей 16S рРНК возможна в течение нескольких часов, что позволяет проводить метагеномные исследования, например, кишечной флоры . [26]
Бактериальный ген 16S содержит девять гипервариабельных областей (V1–V9) длиной от 30 до 100 пар оснований , которые участвуют во вторичной структуре малой субъединицы рибосомы . [27] Степень консервативности широко варьируется между гипервариабельными областями, при этом более консервативные области коррелируют с таксономией более высокого уровня, а менее консервативные области — с более низкими уровнями, такими как род и вид. [28] В то время как вся последовательность 16S позволяет сравнивать все гипервариабельные области, при длине примерно 1500 пар оснований она может быть чрезмерно дорогой для исследований, направленных на идентификацию или характеристику различных бактериальных сообществ. [28] В этих исследованиях обычно используется платформа Illumina ., который производит считывания со скоростью в 50 и 12 000 раз дешевле, чем пиросеквенирование 454 и секвенирование по Сэнгеру соответственно. [29] Несмотря на то, что секвенирование Illumina дешевле и обеспечивает более широкий охват сообщества, оно дает только риды длиной 75–250 пар оснований (до 300 пар оснований с Illumina MiSeq) и не имеет установленного протокола для надежной сборки полного гена в образцах сообщества. [30] Полные гипервариабельные регионы могут быть собраны за один прогон Illumina, что делает их идеальными мишенями для платформы. [30]