Для исследования, опубликовано 26 мая в Клетка , международные следователи собрали около 5, 000 образцов за трехлетний период в 60 городах 32 стран и шести континентов. Исследователи проанализировали образцы, используя метод геномного секвенирования, называемый секвенированием дробовика, для обнаружения присутствия различных микробов, включая бактерии, археи (одноклеточные организмы, отличные от бактерий), и вирусы, использующие ДНК в качестве генетического материала. (Другие типы вирусов, использующие РНК в качестве генетического материала, такие как SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19, не были бы обнаружены методами анализа ДНК, использованными в этом предпандемическом исследовании.)
Эта область исследований имеет важное значение для выявления вспышек известных и неизвестных инфекций и для изучения распространенности устойчивых к антибиотикам микробов в различных городских условиях.
"Каждый раз, когда ты садишься в метро, вы, вероятно, путешествуете с совершенно новым видом, "сказал старший автор доктор Кристофер Мейсон, содиректор WorldQuant Initiative for Quantitative Prediction и профессор физиологии и биофизики в Weill Cornell Medicine. Доктор Мейсон также является соучредителем и оплачиваемым консультантом Biotia и Onegevity Health, и платный спикер для WorldQuant LLC.
Текущее исследование привело к открытию 10, 928 вирусов и 748 бактерий, которых нет ни в каких справочных базах данных.
Доктор Мейсон основал MetaSUB (сокращенно от метагеномики и метадизайна метро и городских биомов) в 2015 году. вместе с доктором Эваном Афшиным, который тогда был студентом Macaulay Honors College при Queens College, а сейчас является научным сотрудником по физиологии и биофизике в Weill Cornell Medicine и оплачиваемым консультантом Onegevity Health.
Недавно выпущенное исследование было проведено доктором. Мейсон, Давид Данко, докторант Вейл Корнелл Аспирантура в лаборатории доктора Мэйсона во время исследования, и Даниэла Бездан, который в то время был научным сотрудником вычислительной биомедицины в Weill Cornell Medicine.
Собирая образцы микробов и анализируя их гены, известные под общим названием микробиом, исследователи надеются узнать больше о бактериях, вирусы и другие микроорганизмы, обитающие среди людей. Например, исследование может помочь выявить появление устойчивых к антибиотикам штаммов.
Прогнозирование устойчивости к антибиотикам только на основе генетических последовательностей является сложной задачей, но исследователи смогли составить карту некоторых генов, которые, как известно, связаны с устойчивостью, количественно оценить их численность и подтвердить способность генетических маркеров придавать устойчивость. Они обнаружили, что в некоторых городах было больше генов устойчивости, чем в других. и что для некоторых из этих генов могут быть характерные для города сигнатуры.
Устойчивость к противомикробным препаратам остается серьезной проблемой глобального здравоохранения. "Хотя необходимы дальнейшие исследования, этот набор данных демонстрирует ценность и потенциал картирования и мониторинга микробиома, и информацию, которую он может дать врачам, ученые и представители общественного здравоохранения, "Сказал доктор Афшин.
Кроме того, изучение малых молекул и белков, производимых микробами, также может привести к открытию новых антибиотиков, а также других молекул, которые могут быть разработаны в качестве лекарств. Многие антибиотики и лекарства, которые используются в настоящее время, получены из микробных источников.
Открытия, сделанные в отношении новых видов микробов, также могут привести к новым лабораторным инструментам и подходам, такие как новые способы использования инструмента молекулярного редактирования, известного как CRISPR. В этом исследовании, исследователи обнаружили 838, 532 новых массива CRISPR - фрагментов вирусной ДНК, обнаруженной внутри бактерий, - и 4,3 миллиона новых пептидов (небольших белков).
Благодаря этим усилиям по отбору проб, Доктор Мейсон сказал, что он может примерно с 90-процентной точностью предсказать, где живет человек. просто путем секвенирования ДНК на их обуви. Было обнаружено, что на микробиом города влияют многие факторы, включая общую численность населения и плотность населения, высота близость к океану и климату. Выводы об этих различных сигнатурах могут быть использованы в будущих судебно-медицинских исследованиях.
<цитата>Микробиом содержит молекулярные отголоски того места, где он был собран. Прибрежный образец может содержать сололюбивые микробы, в то время как образец из густонаселенного города может показать поразительное биоразнообразие. "Доктор Данко сказал.
Д-р Дэвид Данко, Соискатель, Аспирантура Вайля Корнелла.
Доктора Мейсон и Афшин начали собирать и анализировать образцы микробов в метро Нью-Йорка в 2013 году. После того, как они опубликовали свои первые результаты, получивший название PathoMap, с ними связались исследователи со всего мира, которые хотели провести аналогичные исследования для своих городов.
Международный интерес вдохновил лабораторию доктора Мейсона на создание MetaSUB и нанял Даниэлу Бездан в качестве директора по исследованиям. "Нам нужны были международно признанные протоколы, договоры о логистике и сотрудничестве с учеными, продавцы, государственные учреждения и благотворительные фонды для потенциально 100 городов в 20 странах, "Сказал Бездан.
Сегодня MetaSUB продолжает расти и расширился до сбора образцов РНК и ДНК из воздуха, вода и канализация, в дополнение к твердым поверхностям. Это привело к получению гранта в размере 5 миллионов долларов на секвенирование сточных вод и отслеживание вирусов в трех штатах (Флорида, США). Нью-Йорк и Висконсин), и который является частью новой Национальной системы надзора за сточными водами (NWSS) Центра по контролю и профилактике заболеваний.
Группа также курирует такие проекты, как Global City Sampling Day (gCSD), проводится ежегодно 21 июня, и ранее проводил широкомасштабные исследования, включая комплексный микробный анализ Рио-де-Жанейро, во время и после летних Олимпийских игр 2016 года. Многие образцы, проанализированные в настоящем исследовании, были собраны во Всемирный день отбора проб в городах в 2016 и 2017 годах.
Работа по отбору проб в Нью-Йорке проводилась при поддержке Медицинского центра клинических и трансляционных исследований Weill Cornell (CTSC), в сотрудничестве со старшим менеджером программы CTSC Джеффом Чжу. Доктор Мейсон и его коллеги в настоящее время готовятся к мероприятию этого года.
«Когда мы начали в 2015 году, в консорциум вошли 16 городов; шесть лет спустя у нас более 100 городов. Приятно иметь эту группу любопытных, самостоятельные и увлеченные соисследователи, "сказал доктор Мейсон, который также является профессором вычислительной геномики в вычислительной биомедицине в Институте вычислительной биомедицины принца Аль-Валида бин Талала бин Абдулазиза Аль-Сауда в Weill Cornell Medicine.
"Хотя образцы собираются по всему миру, большая часть анализа проводится прямо здесь, в Нью-Йорке, в Weill Cornell Medicine, - сказал доктор Мейсон. При анализе и сборке последовательностей также использовались мосты и мосты-2, Суперкомпьютеры Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) в Питтсбургском суперкомпьютерном центре.
Исследователи MetaSUB в Швейцарии (доктора Андре Калес и Гуннар Рэтш) использовали эти сборки и необработанные данные для создания доступной для поиска, глобальный портал последовательностей ДНК (MetaGraph), который проиндексировал все известные генетические последовательности (включая данные MetaSUB). Портал сопоставляет любые известные или недавно обнаруженные генетические элементы с их местоположением на Земле и может помочь в обнаружении новых микробных взаимодействий и предполагаемых функций.
Выделение ДНК из образцов в основном выполнялось при поддержке Zymo Research и Promega, секвенирование проведено в сотрудничестве с доктором Шоном Леви из Института биотехнологии HudsonAlpha, Доктор Клас Удекву из Стокгольмского университета и Нью-Йоркского центра генома. Будущие и текущие исследования будут рассматривать РНК и ДНК с помощью методов длительного чтения и пространственной визуализации. а также отслеживать метаболиты с глобальных сайтов, и продолжаем обновлять генетическую карту планетарного масштаба.
Ученый доказал роль микробиома в ожирении
Правильно ли указаны уровни микробов на этикетках коммерческих кефирных продуктов?
Общий генетический вариант объясняет, почему иммунотерапия часто не помогает при болезни Крона.
COVID-19:как выглядит болезнь
Молодая кровь восстанавливает жизненные силы у пожилых людей
Как справиться с синдромом раздраженного кишечника
Сельская и городская микробиота отличается с юного возраста,
находит новое исследование Новое исследование показало, что различия в микробиоме кишечника человека между людьми, живущими в сельских и городских районах Нигерии, начинаются в очень молодом возрасте
Хорошие новости для людей, страдающих СРК, поскольку исследователи определяют «кишечный зуд».
Исследователи из Университета Флиндерса из Южно-Австралийского института здравоохранения и медицинских исследований сделали важное открытие о боли, испытываемой при синдроме раздраженного кишечника (С
Новая стратегия может усилить коммуникацию между кишечником и мозгом
Система связи между кишечником и мозгом, известная как ось кишечник-мозг, хорошо известна. Теперь, ученые разработали стратегию, которая увеличивает объем коммуникации между кишечником и телом, прокла