Νέα εργαλεία για την πρόοδο της έρευνας του μικροβιώματος
Οι μικροσκοπικοί οργανισμοί που βρίσκονται στο σώμα μας, στο έδαφος, στους ωκεανούς και στην ατμόσφαιρα παίζουν καθοριστικό ρόλο στην ανθρώπινη υγεία και στα οικοσυστήματα του πλανήτη. Παρά την πρόοδο στη DNA αλληλούχιση, η κατανόηση των μικροβίων και των σχέσεών τους παραμένει μια δύσκολη πρόκληση. Ωστόσο, πρόσφατες μελέτες από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνα φέρνουν νέα εργαλεία που κάνουν αυτή τη διαδικασία πιο εύκολη και ακριβή.
Δύο νέες μελέτες με σημαντικές καινοτομίες
Στις δύο πρόσφατες μελέτες τους, οι ερευνητές παρουσίασαν εργαλεία που βελτιώνουν την κατασκευή οικογενειακών δέντρων μικροβίων και προσφέρουν μια ανοιχτή πλατφόρμα λογισμικού για την ανάλυση βιολογικών δεδομένων σε παγκόσμιο επίπεδο. Αυτές οι εξελίξεις ενισχύουν τις επιστημονικές βάσεις της έρευνας του μικροβιώματος, της παρακολούθησης ασθενειών, της περιβαλλοντικής παρακολούθησης και των αναδυόμενων πεδίων όπως η ακριβής ιατρική.
«Δημιουργούμε ανοιχτού κώδικα εργαλεία λογισμικού γιατί πιστεύουμε ότι όταν όλοι έχουν πρόσβαση και μπορούν να επεκτείνουν τα επιστημονικά εργαλεία, ολόκληρη η κοινότητα ωφελείται και η ανακάλυψη επιταχύνεται», δήλωσε ο Qiyun Zhu, ερευνητής στο Κέντρο Βιοσχεδίου για Θεμελιώδη και Εφαρμοσμένη Μικροβιολογία.
Αναγκαία η κατανόηση των μικροβιακών σχέσεων
Η κατασκευή λεπτομερών και ακριβών εξελικτικών δέντρων είναι κρίσιμη για την κατανόηση της εξέλιξης των μικροβίων και της επιρροής τους στον κόσμο. Αυτά τα δέντρα βελτιώνουν την παρακολούθηση ασθενειών και βοηθούν τους επιστήμονες να παρακολουθούν πώς τα επιβλαβή μικρόβια μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου. Επίσης, ενισχύουν την περιβαλλοντική έρευνα, δείχνοντας πώς οι μικροβιακές κοινότητες αντιδρούν στη ρύπανση ή τις κλιματικές αλλαγές.
Η διαδικασία ανακάλυψης των σχέσεων μεταξύ των μικροβίων αρχίζει με την επιλογή των κατάλληλων γονιδίων-σημαδιών, που λειτουργούν ως δείκτες στην DNA αλληλουχία. Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες στηρίζονταν σε ένα περιορισμένο σύνολο παραδοσιακών γονιδίων-σημαδιών. Σήμερα, με την ανάπτυξη του τομέα της μεταγενετικής, οι ερευνητές εργάζονται με εκατομμύρια γονιδιώματα, συχνά απευθείας από περιβαλλοντικά δείγματα.
Η καινοτομία του TMarSel και του scikit-bio
Για να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις αυτές, οι ερευνητές ανέπτυξαν το TMarSel (Tree-based Marker Selection). Αντί να επιλέγουν γονίδια χειροκίνητα, το TMarSel αναζητά αυτόματα μέσα από χιλιάδες πιθανές οικογένειες γονιδίων και επιλέγει τη συνδυαστική που δημιουργεί το πιο αξιόπιστο εξελικτικό δέντρο. Αξιολογεί κάθε γονίδιο με βάση την κοινότητά του, την πληροφοριακή του αξία και τη συμβολή του σε μια σταθερή εικόνα των μικροβιακών σχέσεων.
Ο Zhu είναι επίσης επικεφαλής προγραμματιστής του scikit-bio, μιας εκτενούς βιβλιοθήκης λογισμικού ανοιχτού κώδικα που παρέχει στους επιστήμονες τα εργαλεία για την ανάλυση τεράστιων βιολογικών συνόλων δεδομένων. Ιδιαίτερα χρήσιμη είναι για τη μελέτη των μικροβιωμάτων, δηλαδή των κοινοτήτων μικροβίων που ζουν σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα, όπως το ανθρώπινο έντερο.
Αυτές οι εξελίξεις δείχνουν ότι η έρευνα του μικροβιώματος προχωρά με γοργούς ρυθμούς, ανοίγοντας νέους δρόμους για την κατανόηση της σύνθετης σχέσης μας με τους μικροοργανισμούς που μας περιβάλλουν.
