Razvoj određenih vrsta raka - raka želuca i raka vrata maternice, na primjer - imati dobro uspostavljene mikrobne veze. Naše tehnologije za proučavanje ljudskog mikrobioma brzo su napredovale u posljednja dva desetljeća i svakodnevno napreduju. Kao rezultat, sada imamo mnogo novih tehnika za generiranje podataka o sastavu i aktivnostima ljudskog mikrobioma, i mnogi istraživači raka rade na korištenju ovih informacija za razumijevanje novih mikrobnih veza.
Međutim, budući da su analitičke metode tako nove, trenutno nedostaje softver potreban za pretvaranje ovih podataka u novo znanje. Uz ova sredstva, ispunit ćemo tu softversku prazninu razvojem novog softvera otvorenog koda za povezivanje ljudskog mikrobioma s rakom. Očekujemo da će nam to u konačnici omogućiti bolje razumijevanje razvoja raka, kako bi se ranije otkrio rak i poboljšalo liječenje i oporavak od raka. "
Greg Caporaso, Direktor, Centar za primijenjenu znanost mikrobioma
Projekt koji financira NCI omogućit će Caporasu i njegovom timu da poboljšaju QIIME 2, softversku platformu za bioinformatiku koju su prvi put objavili krajem 2016. poboljšati pristup bioinformatičkim metodama i podacima mikrobioma raka. Caporasov tim na NAU-u uključuje diplomirane i preddiplomske studente te inženjere softvera s punim radnim vremenom.
Matthew Dillon i Evan Bolyen, dva istraživača softverskog inženjera u Caporasovom laboratoriju i prvi autori na papiru QIIME 2, bit će središnje uključen u sve aspekte dizajna i razvoja ovog projekta. Tim planira razviti QIIME 2 u mikrobiomsku multi-omics bioinformatičku platformu, podržavajući analizu i integraciju genoma, metagenomski, metabolomiku i druge "omičke" podatke, vođen potrebama zajednice za istraživanje raka.
"Mnogi važni projekti mikrobioma raka napredovali su integriranjem različitih tipova podataka, ipak, preostaju znatne tehničke prepreke da bi bioinformatika mikrobioma s više omika postala dostupna svim istraživačima čiji bi projekti imali koristi od ovih metoda, "Rekao je Caporaso.
S iskustvom u softverskom inženjeringu, Caporasov prethodni projekt, QIIME 1, započela je prije 12 godina u suradnji sa svojim postdoktorskim savjetnikom Robom Knightom, sada direktor Centra za mikrobiomske inovacije na Kalifornijskom sveučilištu, San Diego (UCSD). QIIME 1 osmišljen je kako bi im olakšao vlastita istraživanja mikrobioma - poput onih pronađenih u ljudi ili u tlu - ali i učinio te metode pristupačnim svim istraživačima mikrobioma.
Caporaso se pridružio fakultetu NAU -a 2011. gdje je nastavio svoj rad na QIIME 1. Kroz svoj rad s Partnerstvom za prevenciju raka domorodaca Amerike, i kasnije tijekom odmora u NCI -u, Caporaso je shvatio potencijalnu važnost ljudskog mikrobioma za rak. Njegovi primarni radovi o QIIME 1 i 2 sada su citirani gotovo 25, 000 puta u primarnoj istraživačkoj literaturi, što ga čini jednim od najcjenjenijih istraživača na NAU -u, prema Google Scholar -u, i Caporaso napominje da je gotovo 20 posto tih citata iz studija o raku. To ga je navelo da počne usmjeravati napore na bolju podršku zajednice za istraživanje raka s QIIME -om, i na kraju na ovu petogodišnju nagradu NCI-a.
"Ovo je uzbudljivo za istraživače raka jer će omogućiti novu vrstu istraživanja u istraživanju mikrobioma, "rekao je." QIIME se obično koristio za stvaranje taksonomskog razumijevanja mikrobioma-koji su mikrobi prisutni u ovom okruženju, te kako se zajednice mikrobioma međusobno uspoređuju na temelju njihovog taksonomskog sastava. Počinju se primjenjivati nove tehnologije koje će nam pomoći da razmotrimo druge čimbenike, kao što su biološke aktivnosti kojima se mikrobi bave, i produkti metabolizma tih aktivnosti. Integrirajući ove podatke, zajedno s podacima o domaćinu, kao što je njihov genom, zasigurno će nas dovesti do novih mehaničkih shvaćanja uloge mikrobioma u raku. "
QIIME 2 će podržati analizu novih vrsta podataka, kao što su metagenomika i metabolomika, odgovoriti na pitanja o aktivnosti mikroba. To će uključivati informacije o funkcionalnim genima kodiranim u mikrobnim genomima i metabolitima prisutnim u okolišu - malim molekulama poput kofeina ili etanola i proizvodima koje stvaraju mikrobi - te kako bi mogli utjecati na domaćina.
"S profiliranjem mikrobioma, dobivamo ideju o biologiji; s profiliranjem metabolita, dobivamo sliku kemije. To nam pomaže razumjeti veće, cjelovitiji pogled na ono što se događa u ovom beskrajno složenom okruženju crijevnog mikrobioma u kojem imate trilijune stanica koje međusobno djeluju i sa svojim okruženjem, svi stvaraju i konzumiraju metabolite, koji utječu na njihovo ponašanje i ponašanje naših stanica. Moći ćemo znati ne samo tko je tamo u smislu mikroorganizama, ali ono što rade, gdje žive i kako međusobno komuniciraju. "
Kao i kod QIIME 1, QIIME 2 je softverska platforma otvorenog koda, besplatna i dostupna svima. QIIME 2 osmišljen je za proširenje automatiziranih metoda praćenja i izvješćivanja radi poboljšanja ponovljivosti istraživanja, i s tim sredstvima tim će stvoriti nove alate za pomoć pri dugoročnom arhiviranju podataka. Ažuriranja za QIIME 2 tromjesečno objavljuje Caporasov tim, i već su počeli raditi na postizanju nekih ciljeva ove potpore.
"Ovo je nevjerojatno uzbudljiv projekt za istraživačku zajednicu mikrobioma raka, "rekla je Melissa Herbst-Kralovetz, izvanredni profesor na Sveučilištu Arizona Cancer Center i direktor Programa za istraživanje ženskog zdravlja na Medicinskom fakultetu UA-Phoenix. "Moj laboratorij istražuje ulogu mikrobiote u ginekološkom karcinomu, spolno prenosive infekcije i zdravlje žena. Trenutno, koristimo 3D in vitro ljudske modele za bolje razumijevanje uloge mikrobiote u razvoju i progresiji raka, koji se oslanja na integriranje različitih vrsta podataka iz kliničkih uzoraka i naših 3D modela temeljenih na laboratorijima. Nova funkcionalnost koja se razvija za QIIME 2 pomoći će nam u procjeni točnosti ovih modela, i na kraju prevesti informacije koje dobijemo s ovih 3D modela natrag u kliniku za borbu protiv raka. "
"Kad budemo mogli početi povezivati biologiju domaćina, mikrobiologija i kemija, tada ćemo zaista moći shvatiti neke nedostajuće veze između mikrobioma i razvoja raka ili liječenja raka, "Rekao je Caporaso.