Научно-технологическое развитие Российской Федерации

Биоинформатики СПбГУ создали новый сборщик для чтения геномов микробных сообществ

Биоинформатики СПбГУ создали новый сборщик для чтения геномов микробных сообществ

Сборщик metaFlye использует данные, получаемые по самой современной технологии секвенирования на данный момент – секвенирования длинными прочтениями. С его помощью можно решить широкий круг фундаментальных и прикладных задач, среди которых контроль процесса лечения человека и создание новых лекарств.

Программный продукт metaFlye используется при сборке метагеномов, то есть образцов ДНК микробных сообществ, полученных из различных сред, – например, из глубин океана, почвы в парке или кишечника человека. Получая сборку такого образца, можно определить, что за организмы в нем представлены и сколько их. Используя дополнительный анализ сборки, часто можно выяснить, чем эти организмы могут питаться, как взаимодействуют, какие вещества синтезируют. Все эти сведения в дальнейшем можно использовать, например, для поиска новых лекарственных средств природного происхождения, для определения причин, лежащих в основе особой плодородности почвы, при проверке хода лечения человека и во множестве других как фундаментальных, так и прикладных задач.

Геномный сборщик metaFlye предназначен для данных, которые получены по самой современной технологии секвенирования на данный момент – технологии секвенирования длинными прочтениями (long-read sequencing). МetaFlye позволяет использовать преимущества этой технологии для сложных метагеномных данных. Это первый специализированный сборщик для метагеномов, работающий с технологиями Oxford Nanopore и PacBio.

Стимулом к созданию metaFlye послужило отсутствие специализированного метагеномного сборщика для технологии длинных прочтений, – отмечает один из авторов проекта, старший научный сотрудник Центра алгоритмической биотехнологии СПбГУ Михаил Райко. – Эта технология уже кардинально изменила всю современную геномную науку, мы научились получать гораздо более полные сборки. Так, например, с ее помощью недавно были прочитаны и локализованы многие недостающие фрагменты генома человека (с использованием оригинального инструмента Flye и тоже с участием членов нашей лаборатории). Но для метагеномов такие данные только начали появляться, и, конечно, они потребовали специальных инструментов.

С помощью metaFlye уже были проанализированы несколько симулированных (то есть сгенерированных на компьютере, без секвенирования настоящей ДНК) и реальных метагеномных образцов из желудочно-кишечного тракта человека, коровы и овцы. «Наибольший интерес, пожалуй, представляет образец микробиома овцы, так как он был впервые получен и исследован именно в этой работе, в то время как исходные данные секвенирования для двух других образцов взяты из работ сторонних авторов. Благодаря metaFlye в этом образце удалось собрать на порядок больше вирусных геномов и в полтора раза больше плазмид, чем при использовании лучших из существующих программ-аналогов», – прокомментировал старший научный сотрудник Центра алгоритмической биотехнологии СПбГУ Алексей Гуревич.

Другим любопытным результатом стало то, что в образце удалось собрать геномы не только бактерий и архей, но и эукариот. При этом биоинформатический анализ показал, что почти половина эукариотических геномных фрагментов относится к представителям нематод, или круглых червей. Этот результат полностью соответствует отчету о вскрытии трупа животного, в котором были обнаружены признаки паразитарной инфекции.

Сборщик metaFlye – это инструмент для решения широкого круга задач, который будет доступен всем исследователям, работающим с подобными данными. Из конкретных проектов, выполняемых в нашей лаборатории, мы применяем сборщик для изучения состава почвы черневой тайги – уникального биоценоза Западной Сибири с аномально высокой продуктивностью, – рассказывает Алексей Гуревич.
Статья о сборщике опубликована в научном журнале Nature Methods. Публикация о metaFlye – результат коллаборации 11 российских и американских ученых, представляющих Санкт-Петербургский государственный университет, Калифорнийский университет в Сан-Диего (UCSD), Институт биоинформатики (Санкт-Петербург) и американские исследовательские центры молочных и мясных продуктов. Сам сборщик metaFlye в основном разрабатывается в UCSD. Его создатель и первый автор публикации –Михаил Колмогоров, постдок UCSD. Научный руководитель проекта – Павел Певзнер, профессор UCSD и главный научный консультант Центра алгоритмической биотехнологии СПбГУ.
Источник

Подписка на новости и события
Введите ваш email