Новый инструмент geNomad быстро и точно идентифицирует мобильные генетические элементы
Мобильные генетические элементы (MGEs) — это генетические сущности, стремящиеся к самовоспроизведению и распространению между клетками. Две наиболее распространённые формы MGEs — это вирусы и плазмиды. Они встречаются практически во всех экосистемах Земли.
Инструмент geNomad, описанный в Nature Biotechnology, идентифицирует и классифицирует MGEs на основе их генного содержания и генетических последовательностей.
Программное обеспечение было создано исследователями под руководством руководителя группы Microbiome Data Science Никоса Кирпидеса в Объединённом институте геномных исследований Министерства энергетики США (DOE JGI). Теперь geNomad доступен через платформу EDGE Национального микробиомного коллаборативного центра данных (NMDC).
Для углубления понимания экосистем Земли исследователям необходимо изучать взаимодействия между микроорганизмами в почвах и воде.
MGEs, такие как вирусы и плазмиды, управляют микробными процессами и эволюцией, поскольку могут влиять на способность микроба перерабатывать питательные вещества или производить новые химические вещества, а также воздействовать на экосистемы, убивая другие клетки.
Со временем MGEs могут помочь микробам получить конкурентное преимущество в экосистеме и влияют на состав окружающих биогеохимических циклов. Понимание геномики MGEs и их эволюции на клеточном уровне позволяет учёным лучше понять процессы в масштабах всей экосистемы.
geNomad — это фреймворк для аннотации и классификации, который объединяет и развивает два стандартных метода идентификации вирусов и плазмид. В отличие от большинства других инструментов, фокусирующихся только на конкретных плазмидах или вирусах, geNomad имеет широкий охват, нацеленный на все известные группы вирусов и плазмид. Он также оптимизирован для скорости и может быстро идентифицировать миллионы новых вирусов и плазмид даже в массивных наборах данных.
Инструмент использует два различных подхода для идентификации вирусов и плазмид: один основан на маркерных генах, второй — на нейронной сети.
geNomad был использован для создания версии 4 ресурса IMG/VR (IMG Virus Resource) JGI, который теперь содержит более 15 миллионов вирусных геномов. Он также был ключевым для разработки первой версии ресурса IMG/PR (IMG Plasmid Resource), в котором сейчас находится более 700 000 плазмид из геномов, метагеномов и метатранскриптомов.
Чтобы снизить барьеры для доступа и использования geNomad, JGI сотрудничал с NMDC для интеграции этого инструмента в платформу NMDC EDGE. Удобный интерфейс EDGE позволяет как начинающим, так и опытным пользователям импортировать свои данные и использовать geNomad для исследований.
Разработанный для снижения влияния таксономических смещений при выборе маркеров, geNomad точнее идентифицирует плазмиды и вирусы из недостаточно представленных групп.
Кроме того, благодаря способности обрабатывать большие наборы данных, geNomad готов стать важным инструментом для исследования глобального вирусного разнообразия. Инструмент уже был скачан тысячи раз и получил отличные отзывы от научного сообщества. Его можно загрузить через NERSC.