Ученые придумали новый способ сравнения и анализа

Ученые придумали новый способ сравнения и анализа
метагеномов
Группа российских ученых из НИИ Физико-химической медицины ФМБА РФ и МФТИ, в
которую также вошел сотрудник Международной лаборатории «Компьютерные технологии»
Университета ИТМО Владимир Ульянцев, разработала новый метод сравнения метагеномов
– совокупностей последовательностей ДНК всех организмов в исследуемом биологическом
материале. Разработанная методика отличается от уже существующих высокой скоростью и
повышенной точностью анализа. Предложенный специалистами способ можно применять для
диагностики заболеваний человека, в исследованиях неизвестных науке микробов и
геологических разработках. Статья опубликована в журнале BMC Bioinformatics.
В основе метода лежит представление о геномных последовательностях как о наборе всех
встречающихся в нем нуклеотидных «слов», k-меров, где k – длина сочетания нуклеотидов
A, T, G, C. Различие наборов всех имеющихся в отдельных организмах k-меров
обусловлено уникальным сочетанием информации в каждом организме или среде. В свою
очередь, сочетание геномов организмов и генома их носителя представляет собой единый
метагеном, что дает возможность судить о различиях в бактериальном составе при
сравнении образцов между собой.
Чтобы обработать последовательности нуклеотидов, в секвенаторы загружается
биологический материал, где он обрабатывается. По итогу секвенирования исследователи
получают большое количество данных о последовательностях нуклеотидов. Когда
секвенатор «раскладывает» последовательности нуклеотидов не одного организма, а
метагенома некоторой среды (содержимого кишечника, полости рта, морской воды, нефти
и т.д.), то в нем оказывается информация из разных источников – от бактерии до
человеческого генома, которую необходимо упорядочить. Чтобы подсчет нуклеотидов
разной длины был быстрым, а их последовательности можно было без затруднений
упорядочить и сравнить, нужно было создать соответствующую программу. Для этого было
инициировано междисциплинарное сотрудничество: два года назад сотрудник
Университета ИТМО Владимир Ульянцев поехал на стажировку в Москву. Программист
хорошо сработался с биологами, создав работающую программу для подсчета k-меров и
их спектра.
«Такой анализ обусловлен, прежде всего, развитием персонализированной медицины. Он
поможет понять, какие препараты подходят тому или иному человеку. Сейчас применение
таких подходов ограничено финансовыми возможностями: исследование одного генома
или метагенома стоит более тысячи долларов, что из-за растущего курса валют весьма
недешево. Поможет разработка и в геологических исследованиях, например, анализе
почвы или добыче нефти – для определения качества, состава сырья. В-третьих, с
помощью такого метода удобно исследовать новые бактерии. Если мы встречаем новые
геномные последовательности в закрытых антарктических озерах, пещерах и прочих
укромных уголках мира, мы можем пролить свет даже на новые эволюционные события», –
отмечает Владимир Ульянцев.
Обычно в метагеномном анализе сопоставляют образцы на основе процентных долей
каждого найденного микробного вида (так называемого таксонометрического состава).
Чтобы узнать состав образца, его последовательности сопоставляют с базой известных
бактериальных геномов, называемых референсным набором. Однако не для всех
организмов в принципе существуют собранные референсные геномы – правило не
распространяется на вирусы, например. Поэтому та часть последовательностей образца,
для которой не найдено соответствие с базой известных геномов бактерий, не учитывается
в процессе анализа. Это происходит даже несмотря на то, что она может содержать
немало информации и обладать большой значимостью. В свою очередь, метод,
основанный на сопоставлении частот k-меров, не требует обращения к референсным
наборам и наличия данных об исследуемых организмах, и поэтому анализу подвергаются
уже все последовательности образца, что может предоставить более точные результаты.
Статья: «Assessment of k-mer spectrum applicability for metagenomic dissimilarity analysis».
BMC Bioinformatics. DOI: 10.1186/s12859-015-0875-7
Полина Полещук,
Редакция новостного портала Университета ИТМО
Дата публикации 09.03.2016
>>>Перейти к новости
>>>Перейти ко всем новостям
>>>Перейти на портал Университета ИТМО