В последнее десятилетие, ученые добились огромного прогресса в понимании, что группы бактерий и вирусов, которые естественным образом уживается во всем организме человека играют важную роль в ряде жизненно важных функций, как пищеварение, обмен веществ и даже борется с болезнями. Но понимание просто как они это делают, остается вопросом.
Исследователи из Университета Дрекселя в надежде помочь ответить на этот вопрос через разумное сочетание высокопроизводительного генетического секвенирования и обработки естественного языка, компьютерные алгоритмы. Их исследование, которое недавно было опубликовано в журнале PLoS ONE, сообщает Новый метод анализа коды РНК, которые могут определить микробных сообществ людей и выявить, как они действуют.
Большая часть исследований на микробную среду человека, или микробиом — была направлена на выявление различных видов микробов. И зарождающейся разработка обработок для микробиоты связана болезнями, действует под идею о том, что перекосы или отклонения в микробиома являются источником проблем со здоровьем, таких как расстройство желудка или болезни Крона.
Но чтобы правильно исправить эти дисбалансы важно для ученых, чтобы иметь более широкое понимание микробных сообществ, так как они существуют-как в зараженных районах и во всем теле.
«Мы действительно только начинаем царапать поверхность понимание последствий для здоровья микробиоты», — сказал Гейл Розен, доктор философии, адъюнкт-профессор в колледже Дрекселя инженерных, кто был автором статьи. «Во многих отношениях ученые прыгнул в эту работу, не имея полную картину того, что эти микробные сообщества выглядеть, как они распространены и как их внутренняя конфигурация влияет на их непосредственное окружение в организме человека».
Розен возглавляет Центр Дрекселя для биологических открытий из Больших Данных, группа исследователей, которые применяет алгоритмы машинного обучения, чтобы помочь расшифровать огромное количество генетической информации, последовательность, ставшая доступной в последние несколько лет. Их работы и подобные усилия во всем мире уже перешли микробиологии и генетики исследования с лабораторией в центр обработки данных-создание вычислительного метода для изучения взаимодействия организма и эволюции, называется metagenomics.
В этом типе исследования, сканирование генетического материала образец-ДНК или РНК-может быть истолковано, чтобы выявить микроорганизмы, которые могут присутствовать. Метод представлен группой Розена берет это один шаг дальше, анализируя генетический код, чтобы определить повторяющиеся узоры, указание на то, что определенные группы организмов-микробов, в данном случае — вместе так часто, что это не совпадение.
«Мы призываем themetagenomics этот метод’,’ потому что мы ищем повторяющиеся темы в микробиомы, показатели сопутсвующих групп микробов», — сказал Розен. «Есть тысячи видов микробов, живущих в организме, так что если вы думаете обо всех перестановок группировки, которая могла существовать и можно себе представить, какой непростой задачей является определить, какие из них являются проживающие в сообществе друг с другом. Наш метод добавляет паттерн-зрительные алгоритм работы над задачей, которая экономит огромное количество времени и устраняет некоторые догадки».
Современные методы изучения микрофлоры, кишечные бактерии, например, возьмем пример из области тела, а затем посмотреть на генетический материал, который присутствует. Этот процесс по своей сути не важен контекст, по мнению авторов.
«Это невозможно, чтобы действительно понять, что сообщества микробов, если мы сначала не поняли масштабы сообщества и как часто и где еще они могут быть происходящие в организме,» сказал Стив Woloszynek, к. м. н., и д. м. н. стажер в парикмахерский колледж медицины и соавтор бумаги. «Другими словами, трудно разработать методы лечения, чтобы способствовать естественной микробной сосуществования, если природные их «государство» еще не известно.»
Получение полной карте микробных сообществ, используя themetagenomics, позволяет исследователям наблюдать, как они меняются со временем-как у здоровых людей и страдающих от болезней. И наблюдая различия между двумя дает ключ к функции сообщества, а также освещающие конфигурации видов микробов, что позволяет ему.
«Большинство методов metagenomics просто рассказать вам, какие микробы находятся в изобилии, поэтому, скорее всего, важны-но они не говорят вам много о том, как каждый из видов оказывает поддержку другим членам сообщества,» сказал Розен. «С нашей методикой вы получаете картину конфигурации сообщества-например, это может быть кишечная палочка и бактероидам как самая распространенная микробов и в довольно равном количестве-что может означать, что они крест-кормление. Еще одно сообщество, возможно, бактероидам, как самый распространенный микроб, и многие другие микробы в равных, но ниже, цифры — что может свидетельствовать о том, что они питаются, что бактероидам делает, без какого-либо сотрудничества».
Одна из конечных целей анализа человека микробиота является использование наличие определенных микробных сообществ в качестве индикаторов для выявления заболеваний, таких как болезнь Крона или даже определенных видов рака. Для тестирования нового метода, исследователи Дрекселя поставить ее на аналогичную тему процедуры моделирования, диагностики и рак Крона рот, измеряя относительное обилие определенных генетических последовательностей.
В themetagenomics метод проверенный только в качестве точного прогноза заболевания, но делает это гораздо быстрее, чем в другой теме методы моделирования — минут, а не дней-и это также требует, как каждый микроб видов в индикаторе сообщество может способствовать тяжести заболевания. С таким уровнем детализации, исследователи смогут выйти на конкретное генетическое группировки при разработке целенаправленных методов лечения.
Группа сделала свои инструменты анализа themetagenomics гласности в надежде на ускорение прогресса в направлении лечения и методов лечения этих болезней.
«Это очень рано сейчас, но чем больше мы понимаем о том, как микробиом функции-даже точно зная, что группы могут действовать вместе-то мы можем взглянуть на метаболические пути этих групп и вмешиваться или контролировать их, тем самым прокладывая путь для разработки лекарств и терапевтических исследований», — сказал Розен.
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом.
В дополнение к Розен и Woloszynek, и Zhengqiao Чжао, доктор философии из Департамента электротехники и вычислительной техники; Джошуа Мелл, д. м. н., из Дрекселя медицинский колледж; и Гидеон Симпсон, доктор философии, и Майкл О’Коннор, доктор, от Дрекселя колледж искусств & наук, принимавших участие в исследовании.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!