NAU -forskare tilldelade NCI -bidrag på 3,75 miljoner dollar för att bygga program för cancerforskning

Greg Caporaso, chef för Center for Applied Microbiome Science, del av Pathogen and Microbiome Institute (PMI) vid Northern Arizona University, har beviljats ​​ett bidrag på 3,75 miljoner dollar av National Cancer Institute (NCI) för att bygga programvara som kan analysera och arkivera data med fokus på samspelet mellan det mänskliga mikrobiomet (biljoner mikroorganismer som lever i och på människokroppen) och olika typer av cancer .

Utvecklingen av vissa typer av cancer - magcancer och livmoderhalscancer, till exempel - ha väletablerade mikrobiella länkar. Vår teknik för att studera det mänskliga mikrobiomet har snabbt utvecklats under de senaste två decennierna och fortsätter att utvecklas dagligen. Som ett resultat, vi har nu många nya tekniker för att generera data om sammansättningen och aktiviteterna för det mänskliga mikrobiomet, och många cancerforskare arbetar med att använda denna information för att förstå nya mikrobiella länkar.

Dock, eftersom de analytiska metoderna är så nya, Programvaran som behövs för att förvandla dessa data till ny kunskap saknas för närvarande. Med denna finansiering, vi kommer att fylla det mjukvaruluckan med utvecklingen av ny programvara med öppen källkod för att relatera det mänskliga mikrobiomet till cancer. Vi förväntar oss att det i slutändan kommer att göra det möjligt för oss att bättre förstå utvecklingen av cancer, att upptäcka cancer tidigare och förbättra cancerbehandling och återhämtning. "

Greg Caporaso, Direktör, Center for Applied Microbiome Science

Det NCI-finansierade projektet gör det möjligt för Caporaso och hans team att förbättra QIIME 2, den bioinformatiska mjukvaruplattformen som de först släppte i slutet av 2016, för att förbättra tillgången till metoder och data för bioinformatik för cancermikrobiom. Caporasos team vid NAU omfattar doktorander och grundutbildning och heltidsprogramvara.

Matthew Dillon och Evan Bolyen, två forskningsprogramvaruingenjörer i Caporasos laboratorium och medförfattare på QIIME 2-papperet, kommer att vara centralt involverad i alla design- och utvecklingsaspekter av detta projekt. Teamet planerar att utveckla QIIME 2 till en mikrobiom multi-omics bioinformatikplattform, stödja analys och integration av genomisk, metagenomisk, metabolomics och andra "omics" -data, drivs av cancerforskarsamhällets behov.

"Många viktiga cancermikrobiomprojekt har gjort framsteg genom att integrera olika datatyper, men det återstår betydande tekniska hinder för att göra mikroinformatik bioinformatik tillgänglig för alla forskare vars projekt skulle dra nytta av dessa metoder, "Sa Caporaso.

Med en bakgrund inom mjukvaruteknik, Caporasos tidigare projekt, QIIME 1, startades för 12 år sedan i samarbete med sin postdoktorella rådgivare Rob Knight, nu chef för Center for Microbiome Innovation vid University of California, San Diego (UCSD). QIIME 1 var utformad för att underlätta sina egna studier av mikrobiomer - som de som finns hos människor eller i jord - men också för att göra dessa metoder tillgängliga för alla mikrobiomforskare.

Caporaso anslöt sig till fakulteten vid NAU 2011, där han fortsatte sitt arbete med QIIME 1. Genom sitt arbete med Partnership for Native American Cancer Prevention, och därefter under ett sabbatsår på NCI, Caporaso insåg den humana mikrobiomets potentiella betydelse för cancer. Hans primära papper på QIIME 1 och 2 har nu citerats nästan 25, 000 gånger i den primära forskningslitteraturen, vilket gör honom till en av de mest citerade forskarna vid NAU, enligt Google Scholar, och Caporaso noterar att nästan 20 procent av dessa citat är från studier om cancer. Detta ledde till att han började fokusera sina insatser på att bättre stödja cancerforskningsgemenskapen med QIIME, och i slutändan till denna femåriga utmärkelse från NCI.

"Detta är spännande för cancerforskare eftersom det kommer att möjliggöra en ny typ av studier inom mikrobiomforskning, "sa han." QIIME har vanligtvis använts för att skapa en taxonomisk förståelse för mikrobiomet-vilka mikrober som finns i denna miljö, och hur mikrobiomgemenskaper jämför sig med varandra baserat på deras taxonomiska sammansättning. Ny teknik börjar tillämpas för att hjälpa oss att överväga andra faktorer, till exempel vilka biologiska aktiviteter mikroberna ägnar sig åt, och de metaboliska produkterna från dessa aktiviteter. Integrera dessa data, tillsammans med data om värden såsom deras genom, är säker på att leda oss till nya mekanistiska förståelser av mikrobiomets roll i cancer. "

QIIME 2 stöder analys av nya datatyper, såsom metagenomics och metabolomics, att svara på frågor om mikrobernas aktivitet. Detta kommer att innehålla information om de funktionella generna som kodas för mikrobiella genomer och metaboliterna som finns i miljön - små molekyler som koffein eller etanol och produkter som produceras av mikrober - och hur de kan påverka värden.

"Med mikrobiomprofilering, vi får en uppfattning om biologin; med metabolitprofilering, vi får en bild av kemin. Det hjälper oss att förstå det större, mer helhetssyn på vad som händer i denna oändligt komplexa miljö i tarmmikrobiomet där du har biljoner celler som interagerar med varandra och deras miljöer, alla skapar och konsumerar metaboliter, som påverkar deras beteende och våra cellers beteende. Vi kommer att kunna veta inte bara vem som finns där när det gäller mikroorganismer, men vad de gör, var de bor och hur de interagerar. "

Som med QIIME 1, QIIME 2 är en mjukvaruplattform med öppen källkod, gratis och tillgänglig för alla. QIIME 2 har utformats för att utöka automatiska metoder för spårning och rapportering för att förbättra forskningens reproducerbarhet, och med denna finansiering kommer teamet att skapa nya verktyg för att hjälpa till med långsiktig dataarkivering. Uppdateringar till QIIME 2 släpps kvartalsvis av Caporasos team, och de har redan börjat arbeta mot några av syftena med detta bidrag.

"Detta är ett otroligt spännande projekt för cancermikrobiomforskningsgemenskapen, "sa Melissa Herbst-Kralovetz, docent vid University of Arizona Cancer Center och chef för Women's Health Research Program vid UA College of Medicine-Phoenix. "Mitt laboratorium undersöker mikrobiotans roll i gynekologisk cancer, sexuellt överförbara infektioner och kvinnors hälsa. För närvarande, vi utnyttjar 3D in vitro mänskliga modeller för att bättre förstå mikrobiotas roll i cancerutveckling och progression, som bygger på att integrera olika datatyper från kliniska prover och våra labbaserade 3D-modeller. Den nya funktionaliteten som utvecklas för QIIME 2 hjälper oss att bedöma riktigheten hos dessa modeller, och i slutändan översätta information vi får från dessa 3D -modeller tillbaka till kliniken för att bekämpa cancer. "

"När vi kan börja ansluta värdbiologin, mikrobiologi och kemi, det är då vi verkligen kommer att kunna ta reda på några av de saknade länkarna mellan mikrobiomet och cancerutveckling eller cancerbehandling, "Sa Caporaso.

• Spindelgiftpeptid kan hjälpa till att stoppa smärta vid irritabelt tarmsyndrom
• Förekomst av sub-typer av Parkinsons sjukdom i hjärnan först och i kroppen