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Os pesquisadores usam a técnica arranjando em seqüência genomic para detectar a presença de vários micróbios

Aproximadamente 12.000 bactérias e vírus recolhidos em uma amostra dos sistemas e dos hospitais de transporte público nunca antes tinham sido identificados em todo o mundo desde 2015 até 2017, de acordo com um estudo pelo consórcio internacional de MetaSUB, um esforço global em seguir micróbios que é conduzido por investigador da medicina de Weill Cornell.

Para o estudo, publicado o 26 de maio na pilha, os investigador internacionais recolheram quase 5.000 amostras durante um período de três anos através de 60 cidades em 32 países e em seis continentes. Os investigador analisaram as amostras usando uma técnica arranjando em seqüência genomic chamada espingarda que arranjam em seqüência para detectar a presença de vários micróbios, incluindo as bactérias, archaea (organismos único-celulados que são distintas das bactérias), e vírus que usam o ADN como seu material genético. (Outros tipos de vírus que usam o RNA como seu material genético, tal como SARS-CoV-2, o vírus que causa COVID-19, não seriam detectados com os métodos de análise do ADN usados neste estudo da pre-pandemia.)

Este campo de pesquisa tem implicações importantes para detectar manifestações de infecções conhecidas e desconhecidas e para estudar a predominância de micróbios resistentes aos antibióticos em ambientes urbanos diferentes.

“Cada vez que você se senta para baixo no metro, você é comutação provável com uma espécie inteiramente nova,” disse o Dr. superior Christopher Pedreiro, co-director da iniciativa de WorldQuant para a previsão quantitativa e um professor do autor da fisiologia e da biofísica na medicina de Weill Cornell. O Dr. Pedreiro é igualmente co-fundador e um consultante pago da saúde de Biotia e de Onegevity, e um orador pago para o LLC de WorldQuant.

O estudo actual conduziu à descoberta de 10.928 vírus e de 748 bactérias que não estão actuais em nenhuma bases de dados de referência.

O Dr. Pedreiro fundou MetaSUB (curto para Metagenomics e Metadesign dos metros e de bioma urbanos) em 2015, junto com o Dr. Evan Afshin, que era então um aluno de licenciatura na faculdade das honras de Macaulay na faculdade do Queens e é agora um companheiro clínico na fisiologia e na biofísica na medicina de Weill Cornell e um consultante pago para a saúde de Onegevity.

O estudo recentemente liberado foi conduzido pelo afastamento cilindro/rolo. Pedreiro, David Danko, um estudante doutoral da escola de Weill Cornell no laboratório do Dr. Pedreiro durante o estudo, e Daniela Bezdan, que era um investigador associado na biomedicina computacional na medicina de Weill Cornell naquele tempo.

Recolhendo amostras de micróbios e analisando seus genes--sabido colectivamente como o microbiome--os pesquisadores esperam aprender mais sobre as bactérias, os vírus e os outros micro-organismos que vivem entre seres humanos. Por exemplo, a pesquisa pode ajudar a identificar a emergência de tensões resistentes aos antibióticos.

A resistência antibiótica de predição das seqüências genéticas apenas é desafiante, mas os pesquisadores podiam traçar alguns genes conhecidos para ser ligado à resistência, determinar sua abundância e confirmar confer a capacidade dos sinais genéticos à resistência. Encontraram que algumas cidades tiveram mais genes de resistência do que outro, e que pôde haver assinaturas cidade-específicas para alguns destes genes.

A resistência antimicrobial permanece um desafio global principal da saúde. “Quando uma pesquisa mais adicional for necessário, este conjunto de dados demonstra o valor e o potencial para o microbiome que traça e que monitora, e as introspecções pode fornecer médicos, cientistas e responsáveis da Saúde públicos,” o Dr. Afshin disse.

Além disso, aprender sobre as moléculas e as proteínas pequenas feitas por micróbios poderia igualmente conduzir à descoberta dos antibióticos novos assim como das outras moléculas que têm o potencial ser tornado como drogas. Muitos antibióticos e drogas que são atualmentes em uso foram derivados das fontes microbianas.

As descobertas feitas sobre a espécie microbiana nova podiam igualmente conduzir às ferramentas novas e às aproximações do laboratório, tais como maneiras novas de usar a ferramenta de edição molecular conhecida como CRISPR. Neste estudo, os pesquisadores encontraram 838.532 disposições novas de CRISPR--pequenas notícias das bactérias internas encontradas ADN virais--e 4,3 milhão peptides novos (proteínas pequenas).

Devido a estes os esforços da amostra, Dr. Pedreiro disseram que pode prever com aproximadamente 90 por cento de precisão onde uma pessoa vive, apenas arranjando em seqüência o ADN em suas sapatas. Muitos factores foram encontrados para influenciar o microbiome de uma cidade, incluindo a população total e a densidade populacional, a elevação, a proximidade ao oceano e o clima. Os resultados sobre estas assinaturas distintas podiam permitir os estudos judiciais futuros.

Um microbiome contem ecos moleculars do lugar onde foi recolhido. Uma amostra litoral pode conter micróbios sal-loving quando uma amostra de uma cidade densa povoada puder mostrar biodiversidade impressionante,” Dr. Danko disse.

Dr. David Danko, estudante de Soctoral, escola de Weill Cornell.

Afastamento cilindro/rolo. O pedreiro e Afshin começaram a recolher e analisar amostras microbianas no sistema do metro de New York City em 2013. Depois que publicaram seus primeiros resultados, PathoMap dublado, foram contactados por pesquisadores de todo o mundo quem quis fazer estudos similares para suas próprias cidades.

O interesse internacional inspirou o laboratório do Dr. Pedreiro para criar MetaSUB e recrutou Daniela Bezdan como o director de investigação. “Nós acordos internacional aceitados necessários dos protocolos, da logística e da colaboração com cientistas, vendedores, cargos no governo e fundações filantrópicas para potencial 100 cidades em 20 países,” Bezdan disse.

MetaSUB continua a crescer e tem expandido hoje a recolher amostras do RNA e do ADN do ar, da água e da água de esgoto, além do que superfícies duras. Isto conduziu a uma concessão $5 milhões nas águas residuais que arranjam em seqüência e que seguem viral através de três estados (Florida, New York e Wisconsin), e que é peça do sistema de vigilância nacional novo do Centro de controlo de enfermidades e de águas residuais da prevenção (NWSS).

O grupo igualmente vigia projectos tais como o dia global da amostra da cidade (gCSD), guardarado cada ano o 21 de junho, e fez os estudos amplos que incluem uma análise microbiana detalhada de Rio de Janeiro antes, durante e depois dos Jogos Olímpicos de Verão 2016. Muitas das amostras analisadas no estudo actual foram recolhidas no dia global da amostra da cidade em 2016 e em 2017.

O esforço da amostra de New York City foi conduzido com apoio do centro clínico e Translational da medicina de Weill Cornell da ciência (CTSC), em colaboração com o gestor de programa superior Jeff Zhu de CTSC. O Dr. Pedreiro e seus colegas está preparando-se actualmente para o evento deste ano.

“Quando nós começamos em 2015, o consórcio consistiu em 16 cidades; seis anos mais tarde nós temos mais de 100 cidades. É grande ter este grupo de curioso, auto-partida e co-investigador entusiásticos,” disse o Dr. Pedreiro, que é igualmente professor da genómica computacional na biomedicina computacional no instituto do al-Saud do príncipe Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz de HRH para a biomedicina computacional na medicina de Weill Cornell.

“Embora as amostras são recolhidas pelo mundo inteiro, muita da análise é feita certo aqui em New York City na medicina de Weill Cornell,” disse o Dr. Pedreiro. A análise e a reunião das seqüências igualmente leveraged pontes e Bridges-2, a ciência extrema e os super-computadores do ambiente da descoberta da engenharia (XSEDE) na supercomputação de Pittsburgh centram-se.

Pesquisadores de MetaSUB em Suíça (afastamento cilindro/rolo. Andre Kahles e Gunnar Rätsch) usado estes conjuntos e dados brutos para construir um portal procurado, global da seqüência do ADN (MetaGraph) que posicionasse todas as seqüências genéticas conhecidas (que incluem dados de MetaSUB). O portal traça elementos genéticos conhecidos ou recentemente descobertos a seu lugar na terra e pode ajudar na descoberta de interacções microbianas novas e de funções putativos.

O isolamento do ADN das amostras foi executado pela maior parte com o apoio da pesquisa e do Promega de Zymo, e arranjado em seqüência em colaboração com o Dr. Shawn Direito nivelador no instituto de HudsonAlpha para a biotecnologia, Dr. Klas Udekwu da universidade de Éstocolmo e do centro do genoma de New York. Os estudos futuros e em curso olharão o RNA e o ADN com por muito tempo lêem e os métodos da espacial-imagem lactente, assim como seguem os metabolitos dos locais globais, e continuam a actualizar o mapa genético da planetário-escala.