Российские ученые разработали программу для экспресс-анализа ДНК микроорганизмов
Группа российских ученых создала программу, благодаря которой можно сравнивать между собой ДНК микроорганизмов, обитающих в разных средах, и выявлять прежде неизвестные науке виды бактерий и вирусов.
В исследованиях принимали участие ученые из Университета ИТМО, Федерального научно-клинического центра (ФНКЦ) физико-химической медицины и МФТИ. Rosnauka.ru кратко уже рассказывала о разработке, теперь же нашему изданию удалось узнать подробности о проведенных исследованиях.
Программа, созданная учеными, позволяет шагнуть далеко вперед в развитии персонализированной медицины, то есть основанной на индивидуальных особенностях каждого конкретного пациента. У каждого человека есть, как известно, свой геном - особая последовательность генов, которая и задает развитие организма. Но существует и еще одна полседовательность генов, метагеном, представляющая собой совокупность ДНК микроорганизмов, обитающих в одной среде: бактерий, грибов, вирусов. Именно по метагеному можно вывить наличие у человека того или иного заболевания или предрасположенности к нему. Вот почему изучение микробиоты (микробов, обитающих в разных средах организма) занимает столь важное место в метагеномных исследованиях.
MetaFast (так называется программа, разработанная учеными) быстро анализирует большое количество метагеномов. Как поясняет ведущий разработчик программы Владимир Усольцев, таим образом можно выявить микроорганизмы, ассоциируемые с определенным заболеванием, причем в речь может идти и о таких средах их обитания, которые напрямую с конкретной патологией вроде бы и не связаны. И это дает предпосылки для применения персонализированной медицины и создания новых лекарств.
Программа позволяет работать со средами, генетическое содержание которых прежде мало было изучено или же не изучено вообще.
«Разработанный подход позволяет сделать сразу две вещи: найти все возможные генетические последовательности, даже если о них не было известно до этого (программа собирает их из кусочков геномных прочтений), и одновременно выделить метагеномные закономерности, которые отделяют одних пациентов от других. Например, людей с заболеванием и без», - отмечает Дмитрий Алексеев, руководитель проекта,заведующий лабораторией сложных биологических систем МФТИ.
Программа, таким образом, позволяет проводить нецелевой экспресс-анализ маркеров, указывающих на наличие каких-либо заболеваний. Дополнительные методики позволят подтвердить и скорректировать полученные результаты. В итоге разработка позволяет сократить сроки создания новых лекарств в разы.
Каждый из микроорганизмов, безусловно, обладает своей спецификой. Так, вирусы, которые не размножаются в пробирке, при традиционных исследованиях дают лишь отрывочные даннные, с помощью которых собрать их ДНК невозможно. Новая же программа позволяет сделать и это. Она способна работать даже с абсолютно неизвестным материалом и получить результат. Это крайне важно с учетом, например, того, что только микробиота кожи человека содержит 90% ранее не встречавшихся организмов. И даже единичные ДНК программа находит и собирает.
Разработка может применяться не только для выявления патогенных микробов. MetaFast способен, например, заниматься своего рода поиском полезных бактерий, утраченных в больших городах. Программа оказалась эффективной и при исследовании редких метагеномов. Так, ученые проанализировали метагеном нескольких крупных озер мира. Программа, которая с подобной микробиотой встретилась впервые, распознала генетическое сходство между близикими по химическому составу.
Как отмечают исследователи, сейчас в мире накоплены большие объемы знаний о различных метагеномах. Благодаря тому, что стоимость извлечения ДНК уменьшается, а чувствительность оборудования увеличивается, количество этих данных стремительно растет Однако большая часть исследований не завершена из-за особенностей имеющихся на сегодня технологий. Ученые могут частично собрать метагеном, но на сборку его уходит длительное время. Они, тем не менее, могут сравнить отдельные кусочки генома с уже известными базами ДНК, в которых, однако, приведено очень ограниченное число бактерий, а вирусов практически нет.
Новая программа сочетает достоинства обоих подходов при высокой скорости обработки информации. Разработка экономит оперативную память именно благодаря тому, что частично собирает, частично сравнивает геномы, но не вдается в глубокий сборочный анализ, подчеркивают ученые.
http://rosnauka.ru/news/2014