Изучение стандартов для развития микробной геномики

Микробы вносят вклад в многочисленные сферы человеческой деятельности — от биоэнергетики до сельского хозяйства и медицины. Кроме того, они обеспечивают круговорот биогеохимических циклов Земли, что является необходимым условием для всей жизни на планете. Чрезвычайно многочисленные, они также крайне разнообразны, охватывая большую часть общего биоразнообразия Земли.

Поэтому неудивительно, что две трети из почти 5000 проектов по секвенированию геномов, зарегистрированных в базе данных Genomes OnLine, касаются микробов. Однако, по мнению руководителя отдела геномной биологии Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) Никоса Кирпидиса, с микробной геномикой можно было бы сделать гораздо больше, если бы исследователи вышли за рамки нынешнего антропоцентрического подхода и внедрили единые стандарты сбора и анализа геномных данных.

В статье-перспективе, опубликованной в июльском номере журнала Nature Biotechnology, Кирпидис размышляет о роли микробных исследований в геномной революции последнего десятилетия и рассматривает факторы, сдерживающие развитие этой области. Хотя за последние 15 лет было секвенировано почти 1000 микробных геномов, почти четверть из них — в DOE JGI, он отметил, что полученные данные были скомпрометированы отсутствием стандартов для многих критически важных процедур в этой области — от простого обмена данными до поиска генов, предсказания их функций и описания метаболических путей. Поддерживая других исследователей, в частности Патрика Чейна и Мириам Лэнд из DOE JGI, выступивших на недавней конференции "Sequencing, Finishing, Analysis in the Future", Кирпидис призывает к разработке стандартов аннотирования геномов и их принятию секвенирующими центрами по всему миру — что необходимо для содержательного сравнения геномов.

Кирпидис предлагает множество решений для преодоления этих и других вызовов, стоящих перед геномными исследованиями в предстоящем десятилетии. Например, список микробных геномов, потенциально доступных для секвенирования, ограничен примерно одним процентом организмов, которые можно культивировать в лаборатории, и дополнительно смещен в сторону нескольких групп, имеющих особое значение для здоровья человека или его деятельности. Таким образом, огромные пласты биоразнообразия остаются неисследованными. Кирпидис одобряет инициативу по координации сбалансированной выборки по Древу жизни, недавно запущенную в рамках проекта GEBA (Genomic Encyclopedia of Bacteria and Archaea). Он также видит путь вперед в использовании геномики единичных клеток — метода, который сейчас активно развивает исследователь DOE JGI Таня Войке и ее коллеги — в сочетании с экологической метагеномикой для более целостного понимания микробных сообществ и их отдельных членов.

Кирпидис также предлагает несколько инновационных подходов для преодоления узкого места в обработке данных, сопровождающего экспоненциальный рост объема геномной информации. Попарные сравнения всех генов со всеми, ранее распространенная практика, станут невыполнимыми. Чтобы уменьшить размер наборов данных, он предлагает использовать прокси-подход, при котором один белок из каждого семейства белков или один вид из каждого рода представляет всю группу. Идя дальше, все гены всех секвенированных штаммов одного вида — пангеном этого вида — будут составлять геном, представляющий этот вид для сравнения генов.

Разделяя свое видение будущего микробной геномики, Кирпидис отмечает: "Поразительное количество микробов — по оценкам, уже на несколько порядков превышающее количество звезд во Вселенной — настоятельно требует перехода от случайных, единичных и мелкомасштабных исследований к систематическому и всестороннему изучению нашей планеты". Имея на руках новые инструменты и международные инициативы по расширению сотрудничества, область микробной геномики готова к десятилетию захватывающих открытий.

Источник: DOE/Joint Genome Institute