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I ricercatori usano la tecnica d'ordinamento genomica per individuare la presenza di vari microbi

Circa 12.000 batteri e virus raccolti in una campionatura dai sistemi di trasporto e dagli ospedali pubblici intorno al mondo dal 2015 al 2017 mai prima erano stati identificati, secondo uno studio dal consorzio internazionale di MetaSUB, uno sforzo globale a tenere la carreggiata i microbi che piombo dai ricercatori della medicina di Weill Cornell.

Per lo studio, pubblicato il 26 maggio in cella, i ricercatori internazionali hanno raccolto quasi 5.000 campioni su un periodo triennale attraverso 60 città in 32 paesi e sei continenti. I ricercatori hanno analizzato i campioni facendo uso di una tecnica d'ordinamento genomica chiamata fucile da caccia che ordinano per individuare la presenza di vari microbi, compreso i batteri, archaea (organismi unicellulari che sono distinti dai batteri) e virus che usano il DNA come loro materiale genetico. (Altri tipi di virus che usano il RNA come loro materiale genetico, quale SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19, non sarebbero stati individuati con i metodi di analisi del DNA impiegati in questo studio pre-pandemico.)

Questo campo di ricerca ha implicazioni importanti per la rilevazione degli scoppi sia delle infezioni conosciute che sconosciute e per lo studio della prevalenza dei microbi resistenti agli antibiotici negli ambienti urbani differenti.

“Ogni volta che vi sedete nel sottopassaggio, siete probabile permutando con le assolutamente nuove specie,„ ha detto il Dott. senior Christopher Mason, co-direttore dell'iniziativa di WorldQuant per la previsione quantitativa e un professore dell'autore della fisiologia e della biofisica alla medicina di Weill Cornell. Il Dott. Mason è egualmente co-fondatore e un consulente pagato di salubrità di Onegevity e di Biotia e un altoparlante pagato per il LLC di WorldQuant.

Lo studio corrente piombo alla scoperta di 10.928 virus e di 748 batteri che non sono assenti in alcuni database di riferimento.

Il Dott. Mason ha fondato nel 2015 MetaSUB (breve per Metagenomics e Metadesign dei sottopassaggi e dei biome urbani), con il Dott. Evan Afshin, che era poi uno studente universitario all'istituto universitario di onori di Macaulay all'istituto universitario del Queens ed è ora un collega clinico in fisiologia e biofisica alla medicina di Weill Cornell e un consulente pagato per salubrità di Onegevity.

Lo studio recentemente rilasciato piombo da DRS. Muratore, David Danko, uno studente di laurea della scuola post-laurea di Weill Cornell nel laboratorio di Dott. Mason durante lo studio e Daniela Bezdan, che era un socio di ricerca in biomedicina di calcolo alla medicina di Weill Cornell a quel tempo.

Raccogliendo i campioni dei microbi ed analizzando i loro geni--conosciuto collettivamente come il microbiome--i ricercatori sperano di imparare più circa i batteri, i virus ed altri microrganismi che vivono fra gli esseri umani. Per esempio, la ricerca può contribuire ad identificare l'emergenza degli sforzi resistenti agli antibiotici.

La resistenza a antibiotici di predizione dalle sequenze genetiche da solo è provocatoria, ma i ricercatori potevano mappare alcuni geni conosciuti per essere collegato alla resistenza, quantificare la loro abbondanza e confermare l'abilità dei marcatori genetici confer alla resistenza. Hanno trovato che alcune città hanno avute più geni di resistenza che altri e che ci potrebbero essere impronte città-specifiche per alcuni di questi geni.

La resistenza antimicrobica rimane una sfida globale importante di salubrità. “Mentre ulteriore ricerca è necessaria, questo gruppo di dati dimostra il valore ed il potenziale per microbiome che mappa e che riflette e le comprensioni può fornire ai medici, scienziati e funzionari di salute pubblica,„ il Dott. Afshin ha detto.

Inoltre, imparare circa le piccole molecole e proteine fatte dai microbi potrebbe anche piombo alla scoperta di nuovi antibiotici come pure di altre molecole che hanno il potenziale di essere diventato come droghe. Molti antibiotici e droghe che sono corrente in uso sono stati derivati dalle sorgenti microbiche.

Le scoperte fatte circa le nuove specie microbiche hanno potuto anche piombo ai nuovi strumenti ed agli approcci del laboratorio, quali i modi novelli utilizzare lo strumento modificante molecolare conosciuto come CRISPR. In questo studio, i ricercatori hanno trovato 838.532 schiere novelle di CRISPR--frammenti dei batteri interni trovati DNA virali--e 4,3 milione nuovi peptidi (piccole proteine).

dovuto questi gli sforzi di campionatura, il Dott. Mason hanno detto che può predire con circa 90 per cento di accuratezza dove una persona vive, appena ordinando il DNA sulle loro scarpe. Molti fattori sono stati trovati per influenzare il microbiome di una città, compresi popolazione globale e densità demografica, elevazione, vicinanza dell'oceano e clima. I risultati circa queste impronte distinte hanno potuto permettere agli studi legali futuri.

Un microbiome contiene gli echi molecolari del posto in cui è stato raccolto. Un campione costiero può contenere i microbi verdi sale mentre un campione da una città densamente popolata può mostrare la biodiversità notevole,„ il Dott. Danko ha detto.

Dott. David Danko, studente di Soctoral, scuola post-laurea di Weill Cornell.

DRS. Il muratore e Afshin hanno cominciato a raccogliere ed analizzare i campioni microbici nel sistema del metropolitana di new york nel 2013. Dopo che hanno pubblicato i loro primi risultati, PathoMap definito, sono stati contattati dai ricercatori intorno al mondo che ha voluto fare i simili studi per le loro proprie città.

L'interesse internazionale ha ispirato il laboratorio del Dott. Mason per creare MetaSUB ed ha reclutato Daniela Bezdan come il direttore di ricerca. “Abbiamo avuto bisogno dei protocolli internazionalmente accettati, accordi di collaborazione e di logistica con gli scienziati, i venditori, i servizi governativi e le fondamenta filantropiche per potenzialmente 100 città in 20 paesi,„ Bezdan ha detto.

Oggi MetaSUB continua a svilupparsi e si è espanto a raccogliere i campioni del DNA e del RNA dall'aria, dall'acqua e dalle acque luride, oltre alle superfici dure. Ciò piombo ad una concessione $5 milioni su acqua di scarico che ordina e che tiene la carreggiata virale attraverso tre stati (Florida, New York e Wisconsin) e che fa parte del centro di controllo delle malattie e di nuovo sistema di sorveglianza di acqua di scarico nazionale della prevenzione (NWSS).

Il gruppo egualmente sorveglia i progetti quale il giorno globale di campionatura della città (gCSD), tenuto ogni anno il 21 giugno ed ha fatto i vasti studi compreso un'analisi microbica completa di Rio de Janeiro prima, durante e dopo i giochi olimpici estivi 2016. Molti dei campioni analizzati nello studio corrente sono stati raccolti il giorno globale di campionatura della città nel 2016 e 2017.

New York che campiona lo sforzo è stato condotto con supporto dal centro clinico e di traduzione della medicina di Weill Cornell di scienza (CTSC), in collaborazione con CTSC senior program manager Jeff Zhu. Il Dott. Mason ed i suoi colleghi corrente sta preparando per l'evento di quest'anno.

“Quando abbiamo cominciato nel 2015, il consorzio ha consistito di 16 città; sei anni più successivamente abbiamo più di 100 città. È grande da avere questo gruppo di curioso, auto-avviare e co-ricercatori entusiasti,„ ha detto il Dott. Mason, che è egualmente professore di genomica di calcolo in biomedicina di calcolo nell'istituto di Al-Saud di principe Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz di HRH per la biomedicina di calcolo alla medicina di Weill Cornell.

“Sebbene i campioni siano raccolti dappertutto, gran parte dell'analisi è fatta bene qui in New York alla medicina di Weill Cornell,„ ha detto il Dott. Mason. L'analisi ed il raduno delle sequenze egualmente hanno fatto leva i ponti e Bridges-2, la scienza estrema ed i supercomputer dell'ambiente di scoperta di assistenza tecnica (XSEDE) al supercomputing di Pittsburgh concentrano.

Ricercatori di MetaSUB in Svizzera (DRS. Andre Kahles e Gunnar Rätsch) usato questi installazioni e dati grezzi per costruire un portale esplorabile e globale di sequenza del DNA (MetaGraph) che ha indicizzato tutte le sequenze genetiche conosciute (dati compresi di MetaSUB). Il portale mappa elementi genetici affatto conosciuti o recentemente scoperti alla loro posizione su terra e può aiutare nella scoperta di nuove interazioni microbiche e delle funzioni presunte.

L'isolamento del DNA dai campioni in gran parte è stato realizzato con supporto dalla ricerca e da Promega di Zymo ed è stato ordinato in collaborazione con il Dott. Shawn Levy all'istituto di HudsonAlpha per biotecnologia, il Dott. Klas Udekwu dall'università di Stoccolma e dal centro del genoma di New York. Gli studi futuri ed in corso esamineranno il RNA ed il DNA con lungamente legge ed i metodi della spaziale-rappresentazione come pure rintracciano i metaboliti dai siti globali e continuano ad aggiornare la mappa genetica del planetario-disgaggio.