Исследователь НАУ получил грант NCI в размере 3,75 миллиона долларов на создание программного обеспечения для исследования рака

Грег Капорасо, директор Центра прикладной микробиомной науки, часть Института патогенов и микробиома (PMI) Университета Северной Аризоны, получил грант в размере 3,75 миллиона долларов от Национального института рака (NCI) на создание программного обеспечения, способного анализировать и архивировать данные, посвященные взаимодействию между микробиомом человека (триллионы микроорганизмов, живущих в организме человека и на нем) и различными типами рака. .

<цитата>

Развитие некоторых видов рака - рака желудка и рака шейки матки, например - иметь хорошо налаженные микробные связи. Наши технологии изучения микробиома человека стремительно развиваются за последние два десятилетия и продолжают совершенствоваться ежедневно. Как результат, теперь у нас есть много новых методов для получения данных о составе и активности человеческого микробиома, и многие исследователи рака работают над тем, чтобы использовать эту информацию, чтобы понять новые микробные связи.

Тем не мение, поскольку аналитические методы настолько новы, программное обеспечение, необходимое для превращения этих данных в новые знания, в настоящее время отсутствует. Благодаря этому финансированию, мы восполним этот пробел в программном обеспечении разработкой нового программного обеспечения с открытым исходным кодом для связи микробиома человека с раком. Мы ожидаем, что это в конечном итоге позволит нам лучше понять развитие рака, для более раннего выявления рака и улучшения лечения и восстановления рака ».

Грег Капорасо, Директор, Центр прикладной микробиомной науки

Проект, финансируемый NCI, позволит Капорасо и его команде улучшить QIIME 2, программную платформу для биоинформатики, которую они впервые выпустили в конце 2016 года, улучшить доступ к методам и данным биоинформатики микробиома рака. В команду Капорасо в НАУ входят аспиранты и студенты, а также штатные инженеры-программисты.

Мэтью Диллон и Эван Больен, два инженера-исследователя программного обеспечения в лаборатории Капорасо и соавторы статьи QIIME 2, будет централизованно участвовать во всех аспектах проектирования и разработки этого проекта. Команда планирует превратить QIIME 2 в мультикомную биоинформатическую платформу для микробиома, поддержка анализа и интеграции геномных, метагеномный метаболомика и другие данные "омики", движимый потребностями сообщества исследователей рака.

"Многие важные проекты в области микробиома рака достигли прогресса за счет интеграции различных типов данных, тем не менее, остаются значительные технические препятствия на пути к тому, чтобы сделать мультикомную биоинформатику микробиома доступной для всех исследователей, чьи проекты выиграли бы от этих методов, "Сказал Капорасо.

Имея опыт разработки программного обеспечения, Предыдущий проект Капорасо, QIIME 1, был начат 12 лет назад в сотрудничестве с его научным руководителем Робом Найтом, в настоящее время директор Центра инноваций в области микробиома Калифорнийского университета, Сан-Диего (UCSD). QIIME 1 был разработан, чтобы облегчить их собственные исследования микробиомов, таких как те, которые обнаружены у людей или в почве, но также сделать эти методы доступными для всех исследователей микробиома.

Капорасо поступил на факультет НАУ в 2011 году. где он продолжил свою работу над QIIME 1. Работая с Партнерством по профилактике рака коренных американцев, и впоследствии во время творческого отпуска в NCI, Капорасо осознал потенциальную важность человеческого микробиома для рака. Его основные статьи по QIIME 1 и 2 были процитированы почти 25 раз. 000 раз в первичной исследовательской литературе, что делает его одним из самых цитируемых исследователей НАУ, согласно Google Scholar, и Капорасо отмечает, что почти 20 процентов этих цитат взяты из исследований, посвященных раку. Это побудило его сосредоточить усилия на лучшей поддержке сообщества исследователей рака с помощью QIIME, и, наконец, к этой пятилетней награде от NCI.

"Это захватывает исследователей рака, потому что это позволит провести новый тип исследований в области исследования микробиома, - сказал он. - QIIME обычно используется для получения таксономического понимания микробиома - того, какие микробы присутствуют в этой среде, и как сообщества микробиомов сравниваются друг с другом на основе их таксономического состава. Новые технологии начинают применяться, чтобы помочь нам учесть другие факторы, например, какими биологическими видами деятельности занимаются микробы, и продукты метаболизма этих действий. Интегрируя эти данные, вместе с данными о хозяине, такими как их геном, обязательно приведет нас к новому механистическому пониманию роли микробиома в развитии рака ».

QIIME 2 будет поддерживать анализ новых типов данных, такие как метагеномика и метаболомика, ответить на вопросы, касающиеся активности микробов. Это будет включать информацию о функциональных генах, закодированных в микробных геномах, и о метаболитах, присутствующих в окружающей среде - небольших молекулах, таких как кофеин или этанол, и продуктах, производимых микробами, - и о том, как они могут влиять на хозяина.

"Благодаря профилированию микробиома, мы получаем представление о биологии; с профилированием метаболитов, мы получаем картину химии. Это помогает нам понять большее, более целостное представление о том, что происходит в этой бесконечно сложной среде микробиома кишечника, где триллионы клеток взаимодействуют друг с другом и со своей средой, все производящие и потребляющие метаболиты, которые влияют на их поведение и поведение наших клеток. Мы сможем узнать не только, кто там есть микроорганизмы, но что они делают, где они живут и как взаимодействуют ".

Как и в случае с QIIME 1, QIIME 2 - это программная платформа с открытым исходным кодом, бесплатно и доступен для использования кем угодно. QIIME 2 был разработан для расширения автоматизированных методов отслеживания и отчетности для повышения воспроизводимости исследований, и с этим финансированием команда создаст новые инструменты для помощи в долгосрочном архивировании данных. Обновления QIIME 2 выпускаются ежеквартально командой Капорасо. и они уже начали работать над достижением некоторых целей этого гранта.

"Это невероятно захватывающий проект для сообщества исследователей микробиома рака, "сказала Мелисса Хербст-Краловец, адъюнкт-профессор онкологического центра Университета Аризоны и директор программы исследований женского здоровья Медицинского колледжа в Фениксе. "Моя лаборатория исследует роль микробиоты в гинекологическом раке, инфекции, передающиеся половым путем, и женское здоровье. В настоящий момент, мы используем трехмерные модели человека in vitro, чтобы лучше понять роль микробиоты в развитии и прогрессировании рака, который основан на интеграции различных типов данных из клинических образцов и наших лабораторных 3D-моделей. Новая функциональность, разрабатываемая для QIIME 2, поможет нам оценить точность этих моделей, и, в конечном итоге, передавать информацию, которую мы получаем из этих 3D-моделей, обратно в клинику для борьбы с раком ».

"Когда мы сможем начать подключение биологии хозяина, микробиология и химия, вот тогда мы действительно сможем выяснить некоторые из недостающих звеньев между микробиомом и развитием рака или его лечением, "Сказал Капорасо.

• Пептид паучьего яда может помочь снять боль при синдроме раздраженного кишечника
• Существование подтипов болезни Паркинсона, прежде всего "мозг" и "тело, прежде всего"