Die web-erfüllt Genomik: DNA-Suchmaschine für Mikroben: die Neue Suchmaschine erlaubt es den Forschern zu identifizieren, Antibiotika-Resistenzgene oder Mutationen in Echtzeit

Die web-erfüllt Genomik: DNA-Suchmaschine für Mikroben: die Neue Suchmaschine erlaubt es den Forschern zu identifizieren, Antibiotika-Resistenzgene oder Mutationen in Echtzeit

2019-02-04

Forscher am EMBL – European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) haben eine Kombination, die Ihre Kenntnisse der bakteriellen Genetik und web-such-algorithmen zu bauen, die eine DNA-Suchmaschine für mikrobielle Daten. Die Suchmaschine, beschrieben in einem Papier veröffentlichte in der Natur-Biotechnologie, könnte es den Wissenschaftlern ermöglichen und die öffentliche Gesundheit Agenturen zur Nutzung Genom-sequencing-Daten zur überwachung der Verbreitung von Antibiotika-Resistenz-Gene. Durch diese große Menge an Daten erkennbar ist, die Suchmaschine könnte auch erlauben Forschern, zu lernen mehr über Bakterien und Viren.

Eine Suchmaschine für Mikroben

Die Suchmaschine, genannt Bitsliced Genomische Signatur Index (BIGSI), erfüllt einen ähnlichen Zweck zu internet-Suchmaschinen, wie Google.

Die Höhe der sequenzierten mikrobiellen DNA verdoppelt sich alle zwei Jahre. Bis jetzt gab es keine praktische Möglichkeit suchen diese Daten.

Diese Art der Suche könnte sich als sehr nützlich erweisen für das Verständnis von Krankheit. Nehmen Sie zum Beispiel ein Ausbruch von Lebensmittelvergiftungen, die Ursache einer Salmonellen-Belastung mit einem Medikament-Resistenz-plasmid (‚per Anhalter‘ – DNA-element, das kann die Ausbreitung der Resistenzen zwischen verschiedenen Bakterien-Spezies). Für die erste Zeit, BIGSI Forscher können leicht erkennen, ob und Wann das plasmid wurde zuvor gesehen.

Google und andere Suchmaschinen verwenden der Verarbeitung natürlicher Sprache zu suchen, in Milliarden von Webseiten. Sie sind in der Lage, sich die Tatsache zunutze, dass die menschliche Sprache ist relativ unveränderlich. Durch Kontrast, die mikrobielle DNA zeigt das Impressum von Milliarden von Jahren der evolution, so dass jeder neue mikrobielle genome enthalten kann, die neue ‚Sprache‘, die noch nie zuvor gesehen hat. Der Schlüssel zu BIGSI Arbeit war es einen Weg zu finden, bauen Sie einen Suchindex, der könnte mit der Bewältigung der Vielfalt von mikrobiellen DNA.

Die überwachung von Infektionskrankheiten

„Wir waren motiviert durch das problem der Verwaltung von Infektionskrankheiten und Antibiotika-Resistenzen“, erklärt Zamin Iqbal, Arbeitsgruppenleiter am EMBL-EBI. „Wir wissen, dass sich die Bakterien können gegen Antibiotika resistent werden, entweder durch Mutationen oder mit Hilfe von Plasmiden. Wir wissen auch, dass wir verwenden können Mutationen in Bakterien-DNA als historische Aufzeichnung von bakteriellen Herkunft. Dies erlaubt es uns zu folgern, zu einem gewissen Grad, wie die Bakterien könnten sich über ein Krankenhaus, ein Land oder die Welt. BIGSI hilft us-Studie, die all diese Dinge im großen Maßstab. Zum ersten mal ist es Wissenschaftlern erlaubt, Fragen zu stellen wie „hat dieser Ausbruch Belastung gesehen wurde? „oder“ hat dieses Medikament-Resistenz-gen verbreiten sich zu einer neuen Spezies?‘.“

Schnelle und einfache Suche

„Diese Suchmaschine ergänzt andere bestehende tools und bietet eine Lösung, die skaliert werden können, um die riesigen Datenmengen, die wir jetzt generieren“, erklärt Phelim Bradley, Bioinformatiker am EMBL-EBI. „Dies bedeutet, dass die Suche weiter zu arbeiten, wie die Menge der Daten wächst. In der Tat war dies eine der größten Herausforderungen, die wir zu überwinden hatten. Wir waren in der Lage zu entwickeln, eine Suchmaschine, die verwendet werden können von jedermann mit internet-Anschluss.“

„Wie die DNA-Sequenzierung wird billiger, sehen wir eine ganze neue Reihe von Nutzern außerhalb der Grundlagenforschung, und eine rasche Zunahme des Volumens der Daten, die generiert werden“, so Iqbal.

„Wir werden sehr wahrscheinlich die DNA-Sequenzierung in Kliniken verwendet werden, oder in das Feld, um zu diagnostizieren, Patienten und Behandlungen zu verschreiben, aber wir konnten auch sehen, es verwendet für eine Reihe anderer Dinge, wie etwa die überprüfung, welche Art von Fleisch in einem burger. Machen Genomik-Daten durchsuchbar zu diesem Punkt ist wichtig und es wird uns erlauben, zu lernen, eine riesige Menge, über Biologie, evolution, Verbreitung von Krankheiten, und vieles mehr.“

Warum interessieren wir uns für Mikroben?

Eine Mikrobe ist ein lebendiges Ding, das ist zu klein, um mit bloßem Auge zu erkennen und Bedarf ein Mikroskop. ‚Mikrobe‘ ist ein allgemeiner Begriff verwendet, um zu beschreiben, verschiedene Arten von Lebensformen, wie Bakterien, Viren, Pilze, und vieles mehr.

Ein kleiner, aber wichtiger Anteil von Mikroben, vor allem einige spezifische Arten von Bakterien und Viren-sind verantwortlich für Infektionskrankheiten. Wenn sich die Bakterien in der Lage sind, zu „überleben“, Antibiotika-Behandlung, werden Sie extrem gefährlich für die Patienten. Dies geschieht zunehmend auf der ganzen Welt und ist bekannt als Antibiotika-Resistenzen.

Durch den Vergleich der DNA von mehreren bakteriellen Spezies sind, können wir beginnen zu verstehen, wie Sie zusammenhängen und Untersuchung der Dynamik von Antibiotika-Resistenzen, wie es breitet sich — sowohl geografisch als auch über Spezies. Zum Beispiel, DNA-Analyse kann uns helfen, vorherzusagen, wie gefährlich eine bestimmte Belastung der Tuberkulose ist, und welche Arten von Medikamenten, die die Besondere Belastung reagieren könnte.