Voor de studie, gepubliceerd op 26 mei in Cel , internationale onderzoekers verzamelden bijna 5, 000 monsters over een periode van drie jaar in 60 steden in 32 landen en zes continenten. De onderzoekers analyseerden de monsters met behulp van een genomische sequencing-techniek genaamd shotgun sequencing om de aanwezigheid van verschillende microben te detecteren, inclusief bacteriën, archaea (eencellige organismen die verschillen van bacteriën), en virussen die DNA als hun genetisch materiaal gebruiken. (Andere soorten virussen die RNA als hun genetisch materiaal gebruiken, zoals SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt, zou niet zijn gedetecteerd met de DNA-analysemethoden die in dit prepandemische onderzoek zijn gebruikt.)
Dit onderzoeksgebied heeft belangrijke implicaties voor het opsporen van uitbraken van zowel bekende als onbekende infecties en voor het bestuderen van de prevalentie van antibioticaresistente microben in verschillende stedelijke omgevingen.
"Elke keer als je in de metro gaat zitten, je reist waarschijnlijk met een geheel nieuwe soort, " zei senior auteur Dr. Christopher Mason, co-directeur van het WorldQuant Initiative for Quantitative Prediction en hoogleraar fysiologie en biofysica aan Weill Cornell Medicine. Dr. Mason is ook mede-oprichter en een betaalde consultant van Biotia en Onegevity Health, en een betaalde spreker voor WorldQuant LLC.
De huidige studie leidde tot de ontdekking van 10, 928 virussen en 748 bacteriën die in geen enkele referentiedatabase voorkomen.
Dr. Mason richtte MetaSUB (afkorting voor Metagenomics en Metadesign of Subways and Urban Biomes) op in 2015, samen met Dr. Evan Afshin, die toen een student was aan het Macaulay Honours College aan het Queens College en nu een klinische fellow in fysiologie en biofysica is bij Weill Cornell Medicine en een betaalde consultant voor Onegevity Health.
De onlangs vrijgegeven studie werd geleid door Drs. Metselaar, David Danko, een Weill Cornell Graduate School-promovendus in het laboratorium van Dr. Mason tijdens de studie, en Daniela Bezdan, die op dat moment een onderzoeksmedewerker was in computationele biogeneeskunde bij Weill Cornell Medicine.
Door monsters van microben te verzamelen en hun genen te analyseren - gezamenlijk bekend als het microbioom - hopen de onderzoekers meer te weten te komen over de bacteriën, virussen en andere micro-organismen die onder mensen leven. Bijvoorbeeld, het onderzoek kan helpen om de opkomst van antibioticaresistente stammen te identificeren.
Het voorspellen van antibioticaresistentie op basis van alleen genetische sequenties is een uitdaging, maar de onderzoekers konden enkele genen in kaart brengen waarvan bekend is dat ze verband houden met resistentie, kwantificeer hun overvloed en bevestig het vermogen van de genetische markers om resistentie te verlenen. Ze ontdekten dat sommige steden meer resistentiegenen hadden dan andere, en dat er mogelijk stadsspecifieke handtekeningen zijn voor sommige van deze genen.
Antimicrobiële resistentie blijft een grote wereldwijde gezondheidsuitdaging. "Hoewel verder onderzoek nodig is, deze dataset demonstreert de waarde en het potentieel voor het in kaart brengen en monitoren van het microbioom, en de inzichten die het artsen kan bieden, wetenschappers en volksgezondheidsfunctionarissen, ' zei dokter Afshin.
Bovendien, leren over de kleine moleculen en eiwitten die door microben worden gemaakt, zou ook kunnen leiden tot de ontdekking van nieuwe antibiotica en andere moleculen die het potentieel hebben om als medicijn te worden ontwikkeld. Veel antibiotica en medicijnen die momenteel in gebruik zijn, zijn afgeleid van microbiële bronnen.
Ontdekkingen over nieuwe microbiële soorten kunnen ook leiden tot nieuwe laboratoriuminstrumenten en -benaderingen, zoals nieuwe manieren om de moleculaire bewerkingstool CRISPR te gebruiken. In dit onderzoek, de onderzoekers vonden 838, 532 nieuwe CRISPR-arrays - stukjes viraal DNA gevonden in bacteriën - en 4,3 miljoen nieuwe peptiden (kleine eiwitten).
Dankzij deze steekproefinspanningen, Dr. Mason zei dat hij met ongeveer 90 procent nauwkeurigheid kan voorspellen waar een persoon woont, gewoon door het DNA op hun schoenen te sequencen. Er bleken veel factoren van invloed te zijn op het microbioom van een stad, inclusief de totale bevolking en bevolkingsdichtheid, verhoging, nabijheid van de oceaan en het klimaat. De bevindingen over deze verschillende handtekeningen kunnen toekomstige forensische studies mogelijk maken.
Een microbioom bevat moleculaire echo's van de plaats waar het is verzameld. Een monster aan de kust kan zoutminnende microben bevatten, terwijl een monster uit een dichtbevolkte stad een opvallende biodiversiteit kan vertonen, ' zei Dr. Danko.
Dokter David Danko, Sociëteitsstudent, Weill Cornell Graduate School.
Drs. Mason en Afshin begonnen in 2013 met het verzamelen en analyseren van microbiële monsters in het metrosysteem van New York City. Nadat ze hun eerste bevindingen hadden gepubliceerd, genaamd PathoMap, ze werden benaderd door onderzoekers van over de hele wereld die soortgelijke studies wilden doen voor hun eigen steden.
De internationale interesse inspireerde het laboratorium van Dr. Mason om MetaSUB te creëren en wierf Daniela Bezdan aan als onderzoeksdirecteur. "We hadden internationaal geaccepteerde protocollen nodig, logistiek en samenwerkingsovereenkomsten met wetenschappers, verkoper, overheidskantoren en filantropische stichtingen voor mogelijk 100 steden in 20 landen, ' zei Bezdan.
Tegenwoordig blijft MetaSUB groeien en is het uitgebreid met het verzamelen van RNA- en DNA-monsters uit de lucht, water en riolering, naast harde oppervlakken. Dit heeft geleid tot een subsidie van $ 5 miljoen voor afvalwatersequencing en virale tracking in drie staten (Florida, New York en Wisconsin), en dat deel uitmaakt van het nieuwe National Wastewater Surveillance System (NWSS) van het Center for Disease Control and Prevention.
De groep houdt ook toezicht op projecten zoals Global City Sampling Day (gCSD), jaarlijks gehouden op 21 juni, en heeft eerder uitgebreide onderzoeken gedaan, waaronder een uitgebreide microbiële analyse van Rio de Janeiro, tijdens en na de Olympische Zomerspelen 2016. Veel van de monsters die in het huidige onderzoek zijn geanalyseerd, zijn verzameld op Global City Sampling Day in 2016 en 2017.
De steekproefinspanning in New York City werd uitgevoerd met steun van het Weill Cornell Medicine Clinical and Translational Science Center (CTSC), in samenwerking met senior CTSC programmamanager Jeff Zhu. Dr. Mason en zijn collega's bereiden zich momenteel voor op het evenement van dit jaar.
“Toen we in 2015 begonnen, het consortium bestond uit 16 steden; zes jaar later hebben we meer dan 100 steden. Het is geweldig om deze groep nieuwsgierige, zelfstartende en enthousiaste medeonderzoekers, " zei dr. Mason, die ook hoogleraar computationele genomica in computationele biogeneeskunde is in het ZKH Prins Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud Institute for Computational Biomedicine bij Weill Cornell Medicine.
"Hoewel monsters over de hele wereld worden verzameld, een groot deel van de analyse wordt hier in New York City gedaan bij Weill Cornell Medicine, " zei Dr. Mason. De analyse en assemblage van sequenties maakte ook gebruik van Bridges and Bridges-2, Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) supercomputers in het Pittsburgh Supercomputing Center.
MetaSUB-onderzoekers in Zwitserland (Drs. Andre Kahles en Gunnar Rätsch) gebruikten deze assemblages en ruwe data om een doorzoekbare, globaal DNA-sequentieportaal (MetaGraph) dat alle bekende genetische sequenties (inclusief MetaSUB-gegevens) indexeerde. Het portaal brengt alle bekende of nieuw ontdekte genetische elementen in kaart met hun locatie op aarde en kan helpen bij de ontdekking van nieuwe microbiële interacties en vermeende functies.
DNA-isolatie uit monsters werd grotendeels uitgevoerd met steun van Zymo Research en Promega, en gesequenced in samenwerking met Dr. Shawn Levy van het HudsonAlpha Institute for Biotechnology, Dr. Klas Udekwu van de Universiteit van Stockholm en het New York Genome Center. Toekomstige en lopende studies zullen kijken naar RNA en DNA met lange aflezingen en ruimtelijke beeldvormingsmethoden, evenals het traceren van de metabolieten van de wereldwijde sites, en doorgaan met het bijwerken van de genetische kaart op planetaire schaal.
Type 1 diabetes gekoppeld aan darmmicrobioom en genetische factoren
Wat u eet, kan de manier veranderen waarop antibiotica uw darmen beïnvloeden
Hoe u uw immuunsysteem kunt versterken om het coronavirus te bestrijden
Fastfood kan een hoofdschuldige zijn bij tienerdepressie
Probiotica kunnen de komende twee decennia helpen ondervoeding te beteugelen,
Colitis ulcerosa en een ontbrekende microbe in de darm
Voedselreacties worden bepaald door het darmmicrobioom,
vindt nieuwe studie Uit een deze week gepubliceerde studie blijkt dat de interacties van bacteriën in onze darm (het darmmicrobioom) met het voedsel dat we eten aanzienlijk verschilt tussen individuen
Onderzoek toont aan dat probiotica angst en depressie kunnen helpen bestrijden
Eerder onderzoek heeft psychische problemen en ontwikkelingsstoornissen gekoppeld aan de darmgezondheid. Nutsvoorzieningen, een team van Britse wetenschappers heeft aangetoond dat voedingsmiddelen die
Microbioomverlies door antibioticagebruik beïnvloedt reactie op griepvaccin
Elke levende persoon heeft biljoenen microben die in hun spijsverteringskanaal leven, en meer dan 400 soorten bacteriën in de darm, meer dan het aantal cellen in het lichaam. De normale darmflora is b