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Los investigadores utilizan técnica de secuencia genomic para descubrir la presencia de diversos microbios

Cerca de 12.000 bacterias y virus cerco en un muestreo de los sistemas de transporte públicos y de los hospitales en todo el mundo habían sido determinados a partir de 2015 a 2017 nunca antes, según un estudio por el consorcio internacional de MetaSUB, un esfuerzo global en la búsqueda de microbios que es llevada por los investigadores del remedio de Weill Cornell.

Para el estudio, publicado el 26 de mayo en célula, los investigadores internacionales cerco casi 5.000 muestras durante un período de tres años a través de 60 ciudades en 32 países y seis continentes. Los investigadores analizaban las muestras usando una técnica de secuencia genomic llamada escopeta que ordenaba para descubrir la presencia de diversos microbios, incluyendo las bacterias, archaea (organismos unicelulares que son distintas de bacterias), y los virus que utilizan la DNA como su material genético. (Otros tipos de virus que utilizan el ARN como su material genético, tal como SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, no habrían sido descubiertos con los métodos de análisis de la DNA usados en este estudio pre-pandémico.)

Este campo de la investigación tiene implicaciones importantes para descubrir brotes de infecciones sabidas y desconocidas y para estudiar la incidencia de microbios resistentes a los antibióticos en diversos ambientes urbanos.

“Cada vez que usted se sienta en el subterráneo, usted es conmutación probable con totalmente una nueva especie,” dijo al Dr. mayor Christopher Mason, codirector de la iniciativa de WorldQuant para la predicción cuantitativa y profesor del autor de la fisiología y de la biofísica en el remedio de Weill Cornell. El Dr. Mason es también cofundador y un consultor pagado de la salud de Biotia y de Onegevity, y un locutor pagado para el LLC de WorldQuant.

El estudio actual llevó al descubrimiento de 10.928 virus y de 748 bacterias que no están presentes en ninguna bases de datos de referencia.

El Dr. Mason fundó MetaSUB (corto para Metagenomics y Metadesign de subterráneos y de biomas urbanos) en 2015, junto con el Dr. Evan Afshin, que era entonces estudiante universitario en la universidad de los honores de Macaulay en la universidad del Queens y ahora es una persona clínica en fisiología y biofísica en el remedio de Weill Cornell y un consultor pagado para la salud de Onegevity.

El estudio nuevamente liberado fue llevado por la DRS. Albañil, David Danko, un estudiante doctoral de la escuela de Weill Cornell en laboratorio del Dr. Mason's durante el estudio, y Daniela Bezdan, que era un socio de investigación en biomedecina de cómputo en el remedio de Weill Cornell en aquel momento.

Cerco muestras de microbios y analizando sus genes--conocido colectivamente como el microbiome--los investigadores esperan aprender más sobre las bacterias, los virus y otros microorganismos que viven entre seres humanos. Por ejemplo, la investigación puede ayudar a determinar la aparición de deformaciones resistentes a los antibióticos.

La resistencia antibiótico que predice de series genéticas solamente es desafiadora, pero los investigadores podían correlacionar algunos genes sabidos para ser conectado a la resistencia, cuantificar su abundancia y confirmar la capacidad de los marcadores genéticos de consultar resistencia. Encontraron que algunas ciudades tenían más genes de resistencia que otros, y que pudo haber firmas ciudad-específicas para algunos de estos genes.

La resistencia antimicrobiana sigue siendo un reto global importante de la salud. “Mientras que la investigación adicional es necesaria, este grupo de datos demuestra el valor y el potencial para el microbiome que correlaciona y que vigila, y los discernimientos puede ofrecer a médicos, los científicos y los responsables de Sanidad públicos,” el Dr. Afshin dijo.

Por otra parte, el aprendizaje sobre las pequeñas moléculas y proteínas hechas por los microbios podría también llevar al descubrimiento de los nuevos antibióticos así como de otras moléculas que tienen el potencial de ser convertido como drogas. Muchos antibióticos y drogas que son actualmente funcionando se han derivado de fuentes microbianas.

Los descubrimientos hechos sobre nueva especie microbiana podían también llevar a las nuevas herramientas y a las aproximaciones del laboratorio, tales como maneras nuevas de utilizar la herramienta que corregía molecular conocida como CRISPR. En este estudio, los investigadores encontraron 838.532 matrices nuevas de CRISPR--recortes de bacterias interiores encontradas DNA virales--y 4,3 millones de nuevos péptidos (pequeñas proteínas).

Debido a éstos los esfuerzos del muestreo, el Dr. Mason dijeron que él puede predecir con el cerca de 90 por ciento de exactitud donde vive una persona, apenas ordenando la DNA en sus zapatas. Muchos factores fueron encontrados para influenciar el microbiome de una ciudad, incluyendo la población total y densidad demográfica, elevación, proximidad al océano y clima. Las conclusión sobre estas firmas distintas podían habilitar los estudios forenses futuros.

Un microbiome contiene los ecos moleculares del lugar en donde cerco. Una muestra costera puede contener microbios sal-cariñosos mientras que una muestra de una ciudad denso poblada puede mostrar biodiversidad llamativa, el” Dr. Danko dijo.

El Dr. David Danko, estudiante de Soctoral, escuela de Weill Cornell.

DRS. El albañil y Afshin comenzaron a cerco y a analizar muestras microbianas en el sistema del subterráneo de New York City en 2013. Después de que publicaran sus primeras conclusión, PathoMap aparado, contacto por los investigadores de todo el mundo quién quiso hacer los estudios similares para sus propias ciudades.

El interés internacional inspiró al laboratorio del Dr. Mason's que creara MetaSUB y reclutó a Daniela Bezdan como el director de investigación. “Necesitamos internacionalmente validamos protocolos, los acuerdos de la logística y de la colaboración con los científicos, los vendedores, las oficinas gubernamentales y los asientos filantrópicos para potencialmente 100 ciudades en 20 países,” Bezdan dijo.

MetaSUB continúa crecer y se ha desplegado hoy a cerco muestras del ARN y de la DNA del aire, del agua y de las aguas residuales, además de superficies duras. Esto ha llevado a una concesión $5 millones en las aguas residuales que ordenaban y que rastreaban virales a través de tres estados (la Florida, Nueva York y Wisconsin), y que es parte del nuevo sistema de vigilancia nacional del Centro de control de enfermedades y de las aguas residuales de la prevención (NWSS).

El grupo también supervisa proyectos tales como día global del muestreo de la ciudad (gCSD), llevado a cabo cada año el 21 de junio, y ha hecho estudios amplios incluyendo un análisis microbiano completo de Rio de Janeiro antes, durante y después de los Juegos Olímpicos de Verano 2016. Muchas de las muestras analizadas en el estudio actual cerco el día global del muestreo de la ciudad en 2016 y 2017.

El esfuerzo del muestreo de New York City conducto con el apoyo del centro clínico y de translación del remedio de Weill Cornell de la ciencia (CTSC), en colaboración con el program manager mayor Jeff Zhu de CTSC. El Dr. Mason y sus colegas se está preparando actualmente para la acción de este año.

“Cuando comenzamos en 2015, el consorcio consistió en 16 ciudades; seis años más tarde tenemos más de 100 ciudades. Es grande tener este grupo de curioso, el uno mismo-arrancar y los co-investigadores entusiastas,” dijo al Dr. Mason, que es también profesor de la genómica de cómputo en biomedecina de cómputo en el instituto del al-Saud de príncipe Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz de HRH para la biomedecina de cómputo en el remedio de Weill Cornell.

“Aunque las muestras cerco por todo el mundo, mucho del análisis se hace a la derecha aquí en New York City en el remedio de Weill Cornell,” dijo al Dr. Mason. El análisis y la reunión de series también leveraged los puentes y Bridges-2, la ciencia extrema y los superordenadores del ambiente del descubrimiento de la ingeniería (XSEDE) en la superinformática de Pittsburgh centran.

Investigadores de MetaSUB en Suiza (DRS. Andre Kahles y Gunnar Rätsch) usado estos montajes e informaciones en bruto para construir un portal registrable, global de la serie de la DNA (MetaGraph) que dividió todas las series genéticas sabidas (datos incluyendo de MetaSUB). El portal correlaciona los elementos genéticos sabidos o nuevamente descubiertos a su situación en la tierra y puede ayudar en el descubrimiento de nuevas acciones recíprocas microbianas y de funciones supuestas.

El aislamiento de la DNA de muestras fue realizado en gran parte con el apoyo de la investigación y de Promega de Zymo, y ordenado en colaboración con el Dr. Shawn Levy en el instituto de HudsonAlpha para la biotecnología, el Dr. Klas Udekwu de la universidad de Estocolmo y del centro del genoma de Nueva York. Los estudios futuros y en curso observarán el ARN y la DNA con de largo lee y los métodos de la espacial-proyección de imagen, así como traza los metabilitos de los sitios globales, y continúa poner al día el mapa genético de la planetario-escala.