全球微生物研究发现成千上万的新物种
大约12000细菌和病毒在抽样收集来自世界各地的公共交通系统和医院从2015年到2017年以前从来没有被确认,根据国际MetaSUB协会的一项研究,一个全球性的努力跟踪微生物由威尔康奈尔医学调查。
在这项研究中,发表在5月26日细胞,国际调查人员收集了近5000个样本在三年内在32个国家的60个城市和六大洲。分析样品的研究人员使用一种叫做鸟枪测序的基因组测序技术检测存在的各种微生物,包括细菌、古菌(不同于细菌的单细胞生物)和病毒DNA作为他们的使用遗传物质。(其他类型的病毒RNA作为他们的遗传物质,如SARS-CoV-2、病毒导致COVID-19,不会被发现的DNA分析方法在这个大流行前学习。)
这一领域的研究有着重要的意义,可以让检测已知和未知的感染和疫情研究抗生素耐药性微生物的患病率在不同的城市环境。
“每次你坐在地铁里,你可能会与一个完全通勤新物种资深作者克里斯托弗·梅森博士说:“主任WorldQuant倡议的定量预测和威尔康奈尔医学生理学和生物物理学教授。梅森博士也是创始人之一和支付顾问Biotia Onegevity健康,和一个发言人WorldQuant LLC。
目前的研究发现10928年的病毒和748年细菌不出现在任何参考数据库。
梅森博士创立MetaSUB(简称宏基因组和Metadesign地铁和城市生物群落)在2015年,随着Evan Afshin博士,当时麦考利荣誉学院本科生皇后学院,现在临床研究员Weill Cornell医学和生理学和生物物理学付费Onegevity健康顾问。新发布的研究是由Drs。梅森,大卫·丹科,威尔康奈尔梅森博士的实验室里的研究生院博士生在研究过程中,和Daniela Bezdan在计算生物医学研究助理威尔康奈尔医学院。
收集样本的微生物和分析其genes-collectively称为microbiome-the研究人员希望了解更多的细菌,病毒和其他微生物生活在人类中间。例如,这项研究可能有助于确定耐药菌株的出现。预测抗生素耐药性单从基因序列是具有挑战性的,但研究人员能够映射一些基因已知与抵抗,量化其丰度和确认遗传标记带来阻力的能力。他们发现,一些城市比其他人有更多的抗性基因,这可能有特色签名的这些基因。
抗菌素耐药性仍是一项重大的全球卫生挑战。“虽然还需要进一步的研究,这个数据集展示了价值和潜力的微生物组映射和监控,和洞察力可以提供医生、科学家和公共卫生官员,“Afshin博士说。
此外,学习小分子和蛋白质由微生物也可能导致新抗生素的发现以及其他分子,有潜力成为开发成药物。许多抗生素和药物,目前正在使用来自微生物的来源。发现新的微生物物种也可能导致新实验室的工具和方法,如新颖的方式使用分子被称为CRISPR编辑工具。在这项研究中,研究人员发现838532年的小说《CRISPR arrays-snippets发现的病毒DNA内细菌和430万个新的多肽(蛋白质)。
由于这些抽样工作,梅森博士说,他可以约90%精确地预测一个人的生活,仅仅通过测序DNA在他们的鞋子。许多因素被发现影响一个城市的微生物,包括总体人口和人口密度,海拔,靠近海洋和气候。研究结果对这些不同的签名可以使未来的法医研究。
“微生物含有分子的回声的地方收集。沿海样本可能含有嗜盐微生物而样本一个人口稠密的城市可能显示惊人的生物多样性,”丹科博士说。
Drs。梅森和Afshin开始收集和分析微生物样品在2013年的纽约地铁系统。他们的第一个研究成果发表后,被称为PathoMap,他们联系了来自世界各地的研究人员想要为自己的城市做类似的研究。国际兴趣启发梅森博士的实验室创建MetaSUB和招募Daniela Bezdan研究室主任。“我们需要国际认可协议,物流与科学家和协作协议、供应商、政府部门和慈善基金会,可能在20个国家的100个城市,“Bezdan说。
今天MetaSUB继续增长,并扩展到收集RNA和DNA样本空气、水和污水,除了硬表面。这导致了一个500万美元的赠款在废水测序和病毒跟踪三个州(佛罗里达、纽约和威斯康辛州),疾病控制和预防中心的新的国家废水监测系统(签署国)。
该组织还负责项目如全球城市抽样(gCSD),每年6月21日举行,已经做了广泛的研究包括一个全面的微生物分析里约热内卢之前,期间和之后的2016年夏季奥运会。许多样品分析在当前的研究中收集在2016年和2017年对全球城市抽样的一天。纽约抽样工作的支持下进行威尔康奈尔医学临床与转化科学中心(CTSC),合作与CTSC高级项目经理杰夫朱。梅森博士和他的同事正在准备今年的活动。
“当我们在2015年开始,该财团由16个城市;六年后我们有100多个城市。很高兴有这群好奇,自起动和热情的合作研究者们,”梅森博士说,他也是计算在计算生物医学基因组学教授阿尔瓦利德•本•塔拉尔王子殿下阿卜杜勒阿齐兹•本•沙特计算生物医学研究所威尔康奈尔医学。
“尽管样本收集世界各地,大部分分析了在纽约市威尔康奈尔医学院,”梅森博士说。序列的分析和组合也杠杆桥梁和Bridges-2、极端环境科学与工程发现(XSEDE)匹兹堡超级计算中心的超级计算机。MetaSUB瑞士的研究人员(Drs。安德烈·卡尔和贡纳Ratsch)使用这些组件和原始数据建立一个可搜索的,全球门户(MetaGraph) DNA序列索引所有已知的基因序列(包括MetaSUB数据)。门户将任何已知或新发现的基因元素映射到地球上的位置,可以帮助发现新的微生物相互作用和假定的功能。
隔绝DNA样本主要表现在研究和Promega Zymo的支持下,和测序与肖恩·利维博士合作HudsonAlpha生物技术研究所博士建议Udekwu从斯德哥尔摩大学和纽约基因组中心。未来的和正在进行的研究将着眼于长读和spatial-imaging RNA和DNA的方法,以及跟踪全球网站的代谢物,并继续更新世界范围的遗传图谱。
