ДНК-поисковик для микробов: веб-технологии встречаются с геномикой

Исследователи из Европейского института биоинформатики EMBL (EMBL-EBI) создали поисковую систему для микробных геномных данных, объединив знания о бактериальной генетике и веб-алгоритмах поиска. Система, описанная в статье в Nature Biotechnology, позволит исследователям и органам здравоохранения использовать данные секвенирования геномов для мониторинга распространения генов устойчивости к антибиотикам.

Поисковик для микробов

Поисковая система под названием Bitsliced Genomic Signature Index (BIGSI) выполняет функцию, аналогичную интернет-поисковикам, таким как Google.

Объем секвенированной микробной ДНК удваивается каждые два года. До сих пор не существовало практичного способа искать в этих данных.

Такой поиск может быть крайне полезен для понимания болезней. Например, при вспышке пищевого отравления, вызванной штаммом Salmonella, содержащим плазмиду устойчивости к лекарствам (ДНК-элемент, который может распространять устойчивость между видами бактерий). BIGSI впервые позволяет исследователям легко определить, встречалась ли эта плазмида ранее.

Мониторинг инфекционных болезней

«Нашей мотивацией была проблема контроля инфекционных заболеваний и антибиотикорезистентности», — поясняет Замин Икбал, руководитель исследовательской группы EMBL-EBI. «Мы знаем, что бактерии могут стать устойчивыми либо через мутации, либо с помощью плазмид. Мы также знаем, что можем использовать мутации в бактериальной ДНК как историческую запись происхождения бактерий. Это позволяет нам в некоторой степени понять, как бактерии могут распространяться по больничной палате, стране или миру. BIGSI помогает нам изучать все это в огромном масштабе».

Быстрый и простой поиск

«Эта поисковая система дополняет другие существующие инструменты и предлагает решение, которое может масштабироваться под огромные объемы данных, которые мы сейчас генерируем», — объясняет Фелим Брэдли, биоинформатик EMBL-EBI. «Это означает, что поиск будет продолжать работать по мере роста объема данных».

«По мере удешевления секвенирования ДНК мы увидим новых пользователей за пределами фундаментальных исследований и быстрый рост объема данных», — продолжает Икбал. «Сделать геномные данные доступными для поиска на этом этапе необходимо, и это позволит нам узнать огромное количество нового о биологии, эволюции, распространении болезней и многом другом».

Почему микробы важны?

Микроб — это живой организм, слишком маленький, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом. Этот термин описывает различные формы жизни, включая бактерии, вирусы, грибы и другие.

Небольшая, но важная часть микробов, в основном некоторые специфические типы бактерий и вирусов, ответственна за инфекционные заболевания. Когда бактерии «выживают» после лечения антибиотиками, они становятся крайне опасными для пациентов. Это явление известно как антибиотикорезистентность.

Сравнивая ДНК различных видов бактерий, мы можем понять их родство и изучить динамику распространения устойчивости к антибиотикам — как географически, так и между видами.