Pesquisador da NAU concedeu subsídio do NCI de US $ 3,75 milhões para construir software de pesquisa de câncer

Greg Caporaso, diretor do Center for Applied Microbiome Science, parte do Pathogen and Microbiome Institute (PMI) da Northern Arizona University, recebeu uma concessão de US $ 3,75 milhões do National Cancer Institute (NCI) para construir um software capaz de analisar e arquivar dados focados na interação entre o microbioma humano (os trilhões de microorganismos que vivem dentro e sobre o corpo humano) e diversos tipos de câncer .

p O desenvolvimento de certos tipos de câncer - câncer gástrico e câncer cervical, por exemplo - têm ligações microbianas bem estabelecidas. Nossas tecnologias para estudar o microbioma humano avançaram rapidamente nas últimas duas décadas e continuam avançando diariamente. Como resultado, agora temos muitas novas técnicas para gerar dados sobre a composição e atividades do microbioma humano, e muitos pesquisadores de câncer estão trabalhando para usar essas informações para compreender novas ligações microbianas.

p Contudo, uma vez que os métodos analíticos são tão novos, o software necessário para transformar esses dados em novos conhecimentos não existe atualmente. Com este financiamento, preencheremos essa lacuna de software com o desenvolvimento de um novo software de código aberto para relacionar o microbioma humano ao câncer. Esperamos que isso nos permita compreender melhor o desenvolvimento do câncer, para detectar o câncer mais cedo e para melhorar o tratamento e a recuperação do câncer. "

Greg Caporaso, Diretor, Center for Applied Microbiome Science

p O projeto financiado pelo NCI permitirá que Caporaso e sua equipe aprimorem o QIIME 2, a plataforma de software de bioinformática que eles lançaram pela primeira vez no final de 2016, para melhorar o acesso a métodos e dados de bioinformática do microbioma do câncer. A equipe de Caporaso na NAU inclui alunos de graduação e pós-graduação e engenheiros de software em tempo integral.

p Matthew Dillon e Evan Bolyen, dois engenheiros de software de pesquisa no laboratório de Caporaso e co-primeiros autores no artigo QIIME 2, estará centralmente envolvido em todos os aspectos de design e desenvolvimento deste projeto. A equipe planeja desenvolver o QIIME 2 em uma plataforma de bioinformática multimídia de microbioma, apoiar a análise e integração do genoma, metagenômica, metabolômica e outros dados "ômicos", impulsionado pelas necessidades da comunidade de pesquisa do câncer.

p "Muitos projetos importantes de microbioma de câncer fizeram avanços integrando diferentes tipos de dados, ainda existem obstáculos técnicos consideráveis ​​para tornar a bioinformática multimídia de microbioma acessível a todos os pesquisadores cujos projetos se beneficiariam com esses métodos, "Disse Caporaso.

p Com formação em engenharia de software, Projeto anterior de Caporaso, QIIME 1, foi iniciado há 12 anos em colaboração com seu orientador de pós-doutorado Rob Knight, agora é o diretor do Center for Microbiome Innovation da University of California, San Diego (UCSD). O QIIME 1 foi projetado para facilitar seus próprios estudos em microbiomas - como os encontrados em humanos ou no solo - mas também para tornar esses métodos acessíveis a todos os pesquisadores de microbiomas.

p Caporaso ingressou no corpo docente da NAU em 2011, onde continuou seu trabalho no QIIME 1. Por meio de seu trabalho com a Partnership for Native American Cancer Prevention, e, posteriormente, durante um sabático no NCI, Caporaso percebeu a importância potencial do microbioma humano para o câncer. Seus principais artigos sobre QIIME 1 e 2 já foram citados há quase 25, 000 vezes na literatura de pesquisa primária, tornando-o um dos pesquisadores mais citados na NAU, de acordo com o Google Scholar, e Caporaso observa que quase 20% dessas citações são de estudos sobre câncer. Isso o levou a começar a concentrar esforços em apoiar melhor a comunidade de pesquisa do câncer com QIIME, e, finalmente, a este prêmio de cinco anos do NCI.

p "Isso é empolgante para os pesquisadores do câncer porque vai permitir um novo tipo de estudo na pesquisa de microbiomas, "disse ele." QIIME tem sido normalmente usado para gerar uma compreensão taxonômica do microbioma - quais micróbios estão presentes neste ambiente, e como as comunidades de microbiomas se comparam umas às outras com base em sua composição taxonômica. Novas tecnologias estão começando a ser aplicadas para nos ajudar a considerar outros fatores, tais como quais atividades biológicas os micróbios estão envolvidos, e os produtos metabólicos dessas atividades. Integrando esses dados, junto com dados sobre o hospedeiro, como seu genoma, certamente nos levará a novos entendimentos mecanicistas do papel do microbioma no câncer. "

p QIIME 2 apoiará a análise de novos tipos de dados, como metagenômica e metabolômica, para responder a perguntas sobre a atividade dos micróbios. Isso incluirá informações sobre os genes funcionais codificados em genomas microbianos e os metabólitos presentes no ambiente - pequenas moléculas como cafeína ou etanol e produtos produzidos por micróbios - e como eles podem estar impactando o hospedeiro.

p "Com perfil de microbioma, estamos tendo uma ideia da biologia; com perfil de metabólito, estamos obtendo uma imagem da química. Isso nos ajuda a entender o que é maior, visão mais holística do que está acontecendo neste ambiente infinitamente complexo do microbioma intestinal, onde você tem trilhões de células interagindo entre si e seus ambientes, todos criando e consumindo metabólitos, que impactam seu comportamento e o comportamento de nossas células. Seremos capazes de saber não apenas quem está lá em termos de microrganismos, mas o que eles estão fazendo, onde estão morando e como estão interagindo. "

p Tal como acontece com QIIME 1, QIIME 2 é uma plataforma de software de código aberto, grátis e disponível para uso por qualquer pessoa. QIIME 2 foi projetado para expandir métodos automatizados de rastreamento e relatórios para melhorar a reprodutibilidade da pesquisa, e com esse financiamento, a equipe criará novas ferramentas para auxiliar no arquivamento de dados de longo prazo. As atualizações do QIIME 2 são lançadas trimestralmente pela equipe de Caporaso, e eles já começaram a trabalhar em direção a alguns dos objetivos desta doação.

p "Este é um projeto incrivelmente empolgante para a comunidade de pesquisa de microbioma do câncer, "disse Melissa Herbst-Kralovetz, professora associada do Centro de Câncer da Universidade do Arizona e diretora do Programa de Pesquisa em Saúde da Mulher do UA College of Medicine-Phoenix. "Meu laboratório investiga o papel da microbiota no câncer ginecológico, infecções sexualmente transmissíveis e saúde da mulher. Atualmente, estamos aproveitando modelos humanos 3D in vitro para entender melhor o papel da microbiota no desenvolvimento e progressão do câncer, que se baseia na integração de diversos tipos de dados de amostras clínicas e nossos modelos 3D baseados em laboratório. A nova funcionalidade que está sendo desenvolvida para QIIME 2 nos ajudará a avaliar a precisão desses modelos, e, por fim, traduzir as informações que obtemos com esses modelos 3D de volta à clínica para combater o câncer. "

p "Quando pudermos começar a conectar a biologia do hospedeiro, a microbiologia e a química, é quando realmente seremos capazes de descobrir alguns dos elos que faltam entre o microbioma e o desenvolvimento ou tratamento do câncer, "Disse Caporaso.

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