Глобальное исследование микробов 60 городов выявило уникальные микробные «отпечатки пальцев»

Международный консорциум представил крупнейшее в мире метагеномное исследование городских микробиомов, охватившее воздух и поверхности в разных городах. Проект, в рамках которого были секвенированы и проанализированы образцы из систем общественного транспорта и больниц в 60 городах мира, включает полный анализ и аннотацию всех выявленных видов микробов, включая тысячи вирусов и бактерий, а также две археи, отсутствующие в референсных базах данных. Исследование опубликовано 26 мая в журнале Cell.

Уникальный микробный «почерк» городов

• Каждый город имеет свой собственный «молекулярный след» из определяющих его микробов.
• По анализу с обуви можно с точностью около 90% определить город происхождения человека.

Масштаб и ключевые результаты исследования

• Объём данных: 4 728 образцов из городов на шести континентах, собранных за три года.
• Каталогизация: Первый систематический мировой каталог городской микробной экосистемы, включающий региональные маркеры антимикробной резистентности.
• Известные виды: Идентифицировано 4 246 известных видов городских микроорганизмов.
• Универсальное «ядро»: Обнаружено 31 вид, присутствующий в 97% образцов по всем исследуемым городским зонам.
• Новые виды: Последующий отбор проб, вероятно, продолжит выявлять никогда не виданные виды, что подчёркивает огромный потенциал для открытий в области микробного разнообразия и биологических функций в городской среде.

История и методология проекта

Проект начался в 2013 году с анализа микробных образцов из нью-йоркского метро. После публикации первых результатов исследователи со всего мира выразили желание провести аналогичные исследования. Был разработан стандартизированный протокол сбора образцов стерильными тампонами. Анализ и сборка последовательностей проводились на суперкомпьютере Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) в Питтсбурге, что привело к обнаружению 10 928 вирусов и 748 бактерий, отсутствующих в референсных базах данных.

Развитие консорциума MetaSUB

В 2015 году был создан Международный консорциум MetaSUB (Metagenomics and Metadesign of Subways and Urban Biomes), который расширил сбор проб на воздух, воду и сточные воды. Консорциум курирует такие проекты, как Global City Sampling Day (gCSD), и проводит широкомасштабные исследования, включая анализ микробиома Рио-де-Жанейро и его комаров до, во время и после летних Олимпийских игр 2016 года.

Практическое значение и будущие направления

• Обнаружение вспышек: Помогает в выявлении вспышек известных и неизвестных инфекций.
• Резистентность к антибиотикам: Позволяет изучать распространённость устойчивых к антибиотикам микробов.
• Эволюция микробов: Способствует новым открытиям в эволюции микробной жизни.
• Новые инструменты: Исследователи MetaSUB в Швейцарии выпустили поисковый портал глобальных последовательностей ДНК (MetaGraph), который отображает любые генетические элементы на карте Земли.
• Новые молекулы: На основе собранных данных уже обнаружено более 800 000 новых CRISPR-массивов, а также выявлены новые антибиотики и малые молекулы из аннотированных кластеров биосинтетических генов (BGC), перспективных для разработки лекарств.

Цитата автора

«Люди часто думают, что тропический лес — это кладезь биоразнообразия и новых молекул для терапии, но то же самое можно сказать о перилах или скамейке в метро».