Изследователи от Европейския институт по биоинформатика на EMBL (EMBL-EBI) са комбинирали знанията си за бактериална генетика и алгоритми за търсене в мрежата, за да създадат ДНК търсачка за микробни данни. Търсачката, описана в статия, публикувана в Nature Biotechnology, може да даде възможност на изследователи и агенции за обществено здраве да използват данни за секвениране на генома, за да наблюдават разпространението на гените за резистентност към антибиотици. Като направи това огромно количество данни откриваемо, търсачката може също така да позволи на изследователите да научат повече за бактериите и вирусите.
Търсачка за микроби
Търсачката, наречена Bitsliced Genomic Signature Index (BIGSI), изпълнява подобна цел на интернет търсачките, като Google.
Количеството секвенирана микробна ДНК се удвоява на всеки две години. Досега нямаше практичен начин за търсене на тези данни.
Този тип търсене може да се окаже изключително полезен за разбиране на болестта. Да вземем, например, огнище на хранително отравяне, където причината е щам Salmonella, съдържащ плазмид, устойчив на лекарства („стоп“ДНК елемент, който може да разпространи лекарствена резистентност сред различни бактериални видове). За първи път BIGSI позволява на изследователите лесно да забележат дали и кога плазмидът е бил виждан преди.
Google и други търсачки използват обработка на естествен език за търсене в милиарди уебсайтове. Те са в състояние да се възползват от факта, че човешкият език е относително непроменен. За разлика от тях, микробната ДНК показва отпечатъка на милиарди години еволюция, така че всеки нов микробен геном може да съдържа нов „език“, който никога не е виждан преди. Ключът към работата на BIGSI беше намирането на начин за изграждане на индекс за търсене, който може да се справи с разнообразието от микробна ДНК.
Мониторинг на инфекциозни заболявания
„Бяхме мотивирани от проблема с управлението на инфекциозните заболявания и резистентността към антибиотици,“обяснява Замин Икбал, ръководител на изследователска група в EMBL-EBI. "Ние знаем, че бактериите могат да станат резистентни към антибиотици или чрез мутации, или с помощта на плазмиди. Знаем също, че можем да използваме мутациите в бактериалната ДНК като исторически запис на бактериалното потекло. Това ни позволява да заключим до известна степен как бактериите могат да се разпространят в болнично отделение, държава или целия свят. BIGSI ни помага да изучаваме всички тези неща в огромен мащаб. За първи път тя позволява на учените да задават въпроси като „виждал ли е този щам на епидемия преди?“или „разпространил ли се е този ген за лекарствена резистентност към нов вид?““
Бързо и лесно търсене
"Тази търсачка допълва други съществуващи инструменти и предлага решение, което може да се мащабира до огромните количества данни, които сега генерираме", обяснява Фелим Брадли, биоинформатик в EMBL-EBI. „Това означава, че търсенето ще продължи да работи, тъй като количеството данни продължава да расте. Всъщност това беше едно от най-големите предизвикателства, които трябваше да преодолеем. Успяхме да разработим търсачка, която може да се използва от всеки с интернет връзка."
"Тъй като секвенирането на ДНК става по-евтино, ще видим изцяло нов набор от потребители извън основни изследвания и бързо увеличаване на обема на генерираните данни", продължава Икбал.
"Много вероятно ще видим секвенцията на ДНК, използвана в клиники или на терен, за диагностициране на пациенти и предписване на лечение, но също така бихме могли да видим, че се използва за редица други неща, като например проверка на какъв тип месо е в бургер. На този етап е от съществено значение да се направи търсене в геномичните данни и това ще ни позволи да научим огромно количество за биологията, еволюцията, разпространението на болести и много повече."
Защо ни е грижа за микробите?
Микробът е живо същество, което е твърде малко, за да се види с просто око и изисква микроскоп. „Микроб“е общ термин, използван за описване на различни видове форми на живот, включително бактерии, вируси, гъбички и др.
Малка, но важна част от микробите, предимно някои специфични видове бактерии и вируси, са отговорни за инфекциозните заболявания. Когато бактериите са в състояние да "оцелеят" при лечението с антибиотици, те стават изключително опасни за пациентите. Това се случва все по-често по света и е известно като антибиотична резистентност.
Сравнявайки ДНК на множество бактериални видове, можем да започнем да разбираме как те са свързани и да изучаваме динамиката на антибиотичната резистентност, докато се разпространява - както географски, така и между видовете. Например ДНК анализът може да ни помогне да предвидим колко опасен е определен щам на туберкулоза и на какви видове лекарства може да реагира този щам.
