Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета создали новый алгоритм для анализа метагеномов — наборов геномов больших сообществ микроорганизмов, которые обитают, к примеру, в почве, воде или кишечниках животных и человека.
Новый инструмент помог выяснить, что сегодня известна лишь половина всего многообразия кишечных бактерий, живущих в организмах людей. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Systems. Подробнее - в материале Planet Today.
Одна из важных задач биоинформатики заключается в том, чтобы восстанавливать последовательность генома — именно в нем заложена наследственная информация любого живого существа. Решение этой непростой задачи состоит из двух этапов: секвенирования («разрезания» молекулы ДНК на мелкие «кусочки» и прочтение каждого из них отдельно) и сборки, когда при помощи математических алгоритмов геном восстанавливают из фрагментов (ридов). Чем длиннее и точнее получаются риды во время секвенирования, тем эффективнее работают алгоритмы сборки, а значит, можно больше узнать о хозяине генома — животном, растении или бактерии. Однако создание длинных ридов стоит дороже, поэтому исследователи нередко предпочитают им короткие фрагменты.
Сегодня ученые умеют работать не только с единственным геномом, но и с их совокупностями — метагеномами. Это может быть генетический материал большого сообщества бактерий, которое живет в образцах почвы, в воде на дне океанов, в сточных водах и даже в кишечнике человека. Новый алгоритм, который разработали авторы статьи в Cell Systems — младший научный сотрудник СПбГУ Антон Банкевич и заведующий лабораторией «Центр алгоритмической биотехнологии» Института трансляционной биомедицины СПбГУ Павел Певзнер, позволяет гораздо эффективнее исследовать именно такое генетическое «ассорти».
Исследователи Санкт-Петербургского университета первыми в мире предложили изучать редкие бактерии с помощью анализа результатов секвенирования сразу двух технологий: Illumina, которая позволяет получать короткие фрагменты ДНК, и TruSeq Synthetic Long Reads (TSLR), которая помогает восстанавливать более длинные участки генома. Биоинформатики с помощью различных математических методов ищут, где участки ДНК (как короткие, так и длинные) совпадают, это позволяет понять, какие прочтения пришли из высокопредставленных в метагеноме бактерий, а какие из редких.
«К сожалению, мы не знаем точно, какие фрагменты генома к каким бактериям относятся. Однако новый алгоритм помогает нам спрогнозировать, какого размера будет "белое пятно" — неизученная область метагенома, — рассказал Антон Банкевич. — Эта информация позволяет увидеть полный масштаб многообразия бактериального сообщества, а значит — сэкономить немало средств исследователей. По нашим расчетам, суммарная длина геномов бактерий в кишечнике человека составляет 1,3 миллиарда нуклеотидов, а длина геномов кишечных бактерий, которую на сегодня удалось восстановить исследователям, — всего 656 миллионов. Это значит, что мы знаем только около 50 % микроорганизмов, которые живут у нас в животе».
Скорее всего, отмечает исследователь, известная половина — самая важная, тем не менее ученые всего мира продолжают изучать различные метагеномы и искать в них неизвестные виды бактерий. Такие находки могут обладать интересными свойствами и в будущем стать основой для новых видов антибиотиков, пестицидов или, к примеру, помочь в создании устойчивых к болезням овощей и фруктов. К тому же подобные исследования помогут больше узнать о различных заболеваниях желудочно-кишечного тракта — от элементарного расстройства желудка до болезни Крона.
Недавно ученые предложили считать человеческий микробиом — сообщество бактерий, живущих в симбиозе с организмом человека, — одним из органов тела наряду с сердцем и легкими. Его заболевания так же опасны, как заболевания других органов, и часто связаны с уменьшением многообразия бактерий. Предложенный в статье метод позволяет измерять и наблюдать, как меняется состояние микробиома, а значит — может помочь в его лечении.
Аутизм, синдром Туретта и ОКР имеют общие генетические корни
Пренатальное и постнатальное развитие нашего мозга включает в себя сложный каскад химических процессов, разветвленные сигнальные пути мозга и разворачивающиеся нейронные клетки — эволюцию Вселенной в микрокосме. Это невероятно сложное развитие…
CPB: что происходит при переходе с низкоуглеводной диеты на высокоуглеводную
Низкоуглеводные диеты — один из самых популярных способов похудения. Исследования также показывают, что низкоуглеводные диеты могут иметь значительные преимущества: одно недавнее исследование показало, что строгая низкоуглеводная кето-диета превзошла другие варианты…
Ученые выяснили, как долго можно сидеть, прежде чем возрастет риск развития рака
Нам давно известно, что слишком много сидения вредно для здоровья. Многочисленные исследования показали, насколько пагубным может быть длительное пребывание в сидячем положении. Но, как показывают недавние исследования, следует обращать внимание…
Пострадавшие в Сочи и 399 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО ночью перехватили и уничтожили 399 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваторией Черного моря, сообщили в Минобороны РФ. В Сочи из-за падения обломков БПЛА пострадали пять человек,…
Шуваев: за сутки в Белгородской области пострадали четыре человека
Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 90 раз за прошедшие сутки, ранения получили четыре мирных жителя, среди которых подросток. Об этом сообщил врио губернатора Александр Шуваев в "Максе". "За…
Хинштейн: в Курске из-за падения обломков ракеты ВСУ пострадали два человека
Два человека получили минно-взрывные травмы и осколочные ранения из-за падения обломков ракеты ВСУ в Курске. Предварительно, повреждено остекление в трех многоквартирных и в восьми частных домах, а также в детском…
Японцы надолго отравили китайские земли
Япония присоединилась к «Протоколу о запрещении применения на войне удушливых, ядовитых и других под...
Ученые назвали нового жука в честь Тейлор Свифт
Влияние Тейлор Свифт достигло неожиданного уголка науки: рода крошечных насекомых, обитающих на авст...
Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".