Доступное секвенирование геномов для анализа патогенов поможет в борьбе с глобальными эпидемиями

Международный консорциум ученых под руководством Института Эрлхэма и Ливерпульского университета (Великобритания) достиг значимого рубежа, предоставив исследователям в странах с низким и средним уровнем дохода (СНСД) дешевые и доступные методы секвенирования больших коллекций бактериальных патогенов — менее чем за $10 США за геном.

В условиях повышенного внимания к глобальному геномному надзору за коронавирусом, способность стран вносить вклад с помощью недорогого и быстрого полногеномного секвенирования (WGS) становится все более важной. Методы, опубликованные в Genome Biology, применимы к большим коллекциям бактериальных патогенов и укрепят глобальное научное сотрудничество для борьбы с будущими пандемиями.

WGS произвело революцию в понимании микробных эпидемий. Данные WGS можно использовать для эпиднадзора, функциональной геномики и изучения эволюции патогенов. Однако секвенирование тысяч микроорганизмов оставалось дорогим из-за затрат на транспортировку образцов и подготовку ДНК-библиотек.

До сих пор крупные бактериальные геномные проекты могли выполняться лишь в нескольких центрах секвенирования по всему миру. В этой работе команде ученых удалось сделать эту технологию доступной для лабораторий по всему миру.

10 тысяч штаммов Salmonella

Сосредоточившись на патогене Salmonella enterica, вызывающем инфекции и смертельные заболевания, эту инициативу по крупномасштабному геномному секвенированию возглавил всемирный консорциум 10,000 Salmonella genomes (10KSG) с учеными из 16 стран.

Цель 10KSG — сделать геномные данные более доступными для СНСД, особенно учитывая исключительно высокий уровень смертности от сальмонеллеза в странах Африки к югу от Сахары. Проект отсеквенировал и проанализировал 10 000 геномов Salmonella из Африки и Латинской Америки.

Инновационный подход WGS позволил собрать генетический материал более 10 400 клинических и экологических бактериальных изолятов из СНСД менее чем за год.

Логистический конвейер для образцов, разработанный Ливерпульским университетом, оптимизировал доставку термоинактивированных бактериальных изолятов в виде «термолизатов» в обычных условиях со всего мира в Великобританию. Затем изоляты были секвенированы в Институте Эрлхэма с использованием уникального протокола LITE — недорогого автоматизированного метода для быстрого секвенирования геномов с низким входным количеством ДНК. Общая стоимость реагентов для подготовки библиотек, секвенирования и биоинформатического анализа составила менее $10 США за геном.

Смертельные бактерии

Нетифоидные сальмонеллы (NTS) широко ассоциированы с энтероколитом у людей. В последние годы новые линии сероваров Typhimurium и Enteritidis признаны частой причиной инвазивных инфекций кровотока (iNTS-болезнь), ответственных примерно за 77 000 смертей в год во всем мире.

Около 80% смертей от iNTS-болезни происходит в Африке к югу от Сахары. Новые линии Salmonella, вызывающие инфекции кровотока, можно идентифицировать с помощью геномики.

Глобальный конвейер

Конвейер представляет собой экономически эффективный и надежный инструмент для получения бактериальных геномных данных из СНСД, позволяющий изучать эпидемиологию, лекарственную устойчивость и факторы вирулентности изолятов.

В консорциум 10KSG вошли сотрудники 25 учреждений из 16 стран. Участники предоставили доступ к 10 419 бактериальным изолятам из 51 СНСД и региона, охватывающим семь родов бактерий: Acinetobacter, Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas, Shigella и Staphylococcus.

Ключевой задачей было обеспечить доступ к WGS и позволить глобальному сотрудничеству создать информативный и надежный набор геномных данных.