Новый инструмент может точно определить происхождение бактерий кишечника

Исследовательская группа под руководством UCLA разработала более быстрый и точный способ определения происхождения множества бактерий, живущих в организме человека и на нём. В широком смысле инструмент может определить происхождение любого микробиома — локализованного и разнообразного сообщества микроскопических организмов.

Новый вычислительный инструмент под названием «FEAST» способен анализировать большие объёмы генетической информации всего за несколько часов, в отличие от инструментов, требующих дней или недель. Программное обеспечение может использоваться в здравоохранении, общественном здоровье, экологических исследованиях и сельском хозяйстве. Исследование опубликовано онлайн в журнале Nature Methods.

Микробиом обычно содержит от сотен до тысяч видов микробов. Микробиомы встречаются повсюду: от пищеварительного тракта человека до озёр и рек, питающих водные ресурсы. Микроорганизмы, составляющие эти сообщества, могут происходить из окружающей среды, включая пищу.

Знание происхождения этих организмов и формирования этих сообществ может дать учёным более детальную картину невидимых экологических процессов, влияющих на здоровье человека. Исследователи разработали программу, чтобы предоставить врачам и учёным более эффективный инструмент для изучения этих явлений.

Программа отслеживания источников показывает процент микробиома, пришедшего из другого места. По концепции это похоже на перепись населения, которая показывает страны происхождения иммигрантов и процентную долю каждой группы в общей численности населения.

Например, использование инструмента отслеживания источников на образце с кухонной столешницы может показать, какая его часть произошла от человека, какая — от пищи, и конкретно от каких типов пищи.

Обладая этой информацией, врачи смогут отличить здорового человека от человека с конкретным заболеванием, просто проанализировав его микробиом. Учёные смогут использовать инструмент для обнаружения загрязнения в водных ресурсах или цепочках поставок продуктов питания.

«Микробиом связан со многими аспектами физиологии и здоровья человека, однако мы находимся лишь на ранних стадиях понимания клинических последствий этой динамической сети множества видов и того, как они взаимодействуют друг с другом», — сказал Эран Халперин, главный исследователь исследования.

«Произошло беспрецедентное расширение данных о микробиоме, что быстро увеличило наши знания о разнообразных функциях и распределении микробной жизни», — добавил Халперин. — «Тем не менее, такие большие и сложные наборы данных создают статистические и вычислительные проблемы».

По сравнению с другими инструментами отслеживания источников, FEAST работает до 300 раз быстрее и значительно точнее, утверждают исследователи.

Кроме того, существующие инструменты могут анализировать только небольшие наборы данных или нацелены на конкретные микроорганизмы, считающиеся вредными загрязнителями. Новый инструмент может обрабатывать гораздо большие наборы данных и давать более полную картину присутствующих микроорганизмов и их происхождения.

Исследователи подтвердили работоспособность FEAST, сравнив его с анализами ранее опубликованных наборов данных.

Например, они использовали инструмент для определения типов микроорганизмов на кухонной столешнице, и он предоставил гораздо больше деталей, чем предыдущие инструменты, анализировавшие тот же набор данных.

Они также использовали инструмент для сравнения микробиомов кишечника младенцев, рождённых путём кесарева сечения, с микробиомами детей, рождённых вагинально.

«Я надеюсь, что учёные будут использовать FEAST для диагностики связанных с бактериями состояний здоровья, — сказала Лиат Шенхав, первый автор исследования. — Например, если у конкретного рака есть микробная сигнатура, FEAST потенциально можно использовать для ранней диагностики».