Поисковая система микробов
Поисковая система, называемая Bitsliced Genomic Signature Index (BIGSI), выполняет те же цели, что и поисковые системы в Интернете, такие как Google.
Количество секвенированной микробной ДНК удваивается каждые два года. До сих пор не было практического способа поиска в этих данных.
Этот тип поиска может оказаться чрезвычайно полезным для понимания болезни. Возьмем, к примеру, вспышку пищевого отравления, причиной которой является штамм Salmonella, содержащий плазмиду устойчивости к лекарствам (элемент ДНК «автостопом», который может распространять устойчивость к лекарствам среди различных видов бактерий). Впервые BIGSI позволяет исследователям легко определить, наблюдалась ли плазмида раньше и когда.
Google и другие поисковые системы используют обработку естественного языка для поиска по миллиардам веб-сайтов. Они могут воспользоваться тем фактом, что человеческий язык относительно неизменен. Напротив, микробная ДНК показывает отпечаток миллиардов лет эволюции, поэтому каждый новый микробный геном может содержать новый “ язык ”, который никогда не был виден раньше. Ключ к тому, чтобы BIGSI работал, – это найти способ создать поисковый индекс, который мог бы справиться с разнообразием микробной ДНК.
Мониторинг инфекционных заболеваний
«Мы были мотивированы проблемой борьбы с инфекционными заболеваниями и устойчивостью к антибиотикам», – объясняет Замин Икбал, руководитель исследовательской группы EMBL-EBI. «Мы знаем, что бактерии могут стать устойчивыми к антибиотикам либо в результате мутаций, либо с помощью плазмид. Мы также знаем, что можем использовать мутации в ДНК бактерий как исторические данные о происхождении бактерий.
Это позволяет нам до некоторой степени сделать вывод о том, как бактерии могут распространяться по больничной палате, стране или миру. BIGSI помогает нам изучать все эти вещи в массовом масштабе. Впервые это позволяет ученым задавать такие вопросы, как «наблюдалась ли эта вспышка болезни раньше?»?’или’ распространился ли этот ген лекарственной устойчивости на новый вид?’."
Быстрый и легкий поиск
«Эта поисковая система дополняет другие существующие инструменты и предлагает решение, которое может масштабироваться до огромных объемов данных, которые мы сейчас генерируем», – объясняет Фелим Брэдли, специалист по биоинформатике в EMBL-EBI. "Это означает, что поиск будет продолжать работать, поскольку объем данных продолжает расти.
Фактически, это была одна из самых больших проблем, которые нам пришлось преодолеть. Нам удалось разработать поисковую систему, которой может пользоваться любой, у кого есть подключение к Интернету."
«По мере того, как секвенирование ДНК становится дешевле, мы увидим целый ряд новых пользователей, помимо фундаментальных исследований, и быстрое увеличение объема генерируемых данных», – продолжает Икбал.
«Скорее всего, мы увидим, как секвенирование ДНК используется в клиниках или в полевых условиях для диагностики пациентов и назначения лечения, но мы также можем увидеть, как его используют для ряда других вещей, таких как проверка того, какое мясо находится в бургере. На данном этапе крайне важно сделать данные геномики доступными для поиска, и это позволит нам узнать огромное количество информации о биологии, эволюции, распространении болезней и многом другом."
Почему нас волнуют микробы?
Микроб – это живое существо, которое слишком мало, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом, и требует микроскопа. «Микроб» – это общий термин, используемый для описания различных типов жизненных форм, включая бактерии, вирусы, грибы и т. Д.
Небольшая, но важная фракция микробов, в первую очередь некоторые конкретные типы бактерий и вирусов, ответственны за инфекционные заболевания. Когда бактерии способны «пережить» лечение антибиотиками, они становятся чрезвычайно опасными для пациентов.
Это происходит все чаще во всем мире и известно как устойчивость к антибиотикам.
Сравнивая ДНК нескольких видов бактерий, мы можем начать понимать, как они связаны, и изучать динамику устойчивости к антибиотикам по мере ее распространения – как географически, так и между видами.
Например, анализ ДНК может помочь нам предсказать, насколько опасен определенный штамм туберкулеза и на какие виды лекарств этот штамм может подействовать.