Инженеры разработали инновационные инструменты для анализа микробиома
Ученые из Университета Райс, эксперт по графовому искусственному интеллекту Сантьяго Сегарра и вычислительный биолог Тодд Треанген, создали два новых инструмента для анализа сложных метагеномных данных.
Проблема: Анализ метагеномных данных — это как собирать несколько огромных пазлов, все части которых перемешаны. Особую сложность представляют два типа данных: повторы и структурные варианты.
GraSSRep: Обнаружение повторов с помощью ИИ
Повторы — это идентичные последовательности ДНК, многократно встречающиеся как в геноме одного организма, так и в сообществе организмов.
- Новый метод GraSSRep использует графовое представление ДНК в метагеномном образце.
- Он сочетает самообучение (self-supervised learning) и графовые нейронные сети (graph neural networks), чтобы самостоятельно определять повторяющиеся фрагменты ДНК без предварительных параметров.
- Значение: Повторы играют роль в адаптации бактерий (например, к антибиотикам) и могут быть бактериофагами ("вирусами, пожирающими бактерии"). Их отслеживание помогает понять эволюцию микроорганизмов и взаимодействие бактерий с фагами.
Rhea: Обнаружение структурных вариантов без референса
Структурные варианты — это крупные геномные изменения (от 10 пар оснований), важные для медицины и эволюции.
- Инструмент rhea (reference-free structural variant detection in microbiomes via long-read coassembly graphs) обнаруживает структурные варианты без использования референсных геномов или метагеномно-собранных геномов (MAGs).
- В тестах на модельных метагеномах rhea превзошла методы, полагающиеся на заранее заданные параметры, обеспечив более детальный анализ данных.
Перспективы и значение
Оба инструмента могут быть интегрированы в существующие широко используемые сборщики метагеномов (assemblers), потенциально улучшив их производительность.
- GraSSRep и rhea, развивая предыдущие наработки в области, могут помочь раскрыть фундаментальные правила жизни, управляющие микробной эволюцией.
- Разработка стала результатом многолетнего междисциплинарного сотрудничества между лабораториями Сегарры и Треангена.
Публикации:
- Статья о GraSSRep была представлена на конференции RECOMB 2024 и доступна на сервере препринтов arXiv.
- Статья о rhea будет представлена на ежегодной конференции International Society for Computational Biology (12–16 июля, Монреаль) и доступна на сервере bioRxiv.