Nauka

Mikroby są podstawą życia na Ziemi. Te maleńkie organizmy odgrywają ważną rolę we wszystkim, od przekształcania światła słonecznego w podstawowe cząsteczki życia. Pomagają wytwarzać większość tlenu w naszej atmosferze. Przeprowadzają nawet cykl składników odżywczych między powietrzem a glebą. Naukowcy nieustannie znajdują interakcje między drobnoustrojami a roślinami, zwierzętami i innymi makroskopowymi formami życia. Wraz z postępem sekwencjonowania genomu naukowcy mogą badać nie tylko izolowane drobnoustroje, ale także całe społeczności mikroorganizmów – znane jako mikrobiomy – na podstawie DNA znalezionego w środowisku. Genomy wyekstrahowane z tych społeczności (sekwencje metagenomiczne) mogą identyfikować organizmy, które przeprowadzają procesy biogeochemiczne, przyczyniają się do zdrowia lub chorób w ludzkim mikrobiomie żołądkowo-jelitowym lub wchodzą w interakcje z korzeniami roślin w ryzosferze. Baza wiedzy Departamentu Biologii Systemów Energetycznych (KBase) niedawno udostępniła zestaw funkcji i protokół do przeprowadzania zaawansowanej analizy mikrobiomu, która może przyspieszyć badania nad ekologią drobnoustrojów.

Wpływ

Powszechne zastosowanie sekwencjonowania DNA w mikrobiologii wygenerowało ogromne ilości danych genomicznych. Naukowcy potrzebują narzędzi obliczeniowych do odzyskiwania wysokiej jakości genomów z próbek środowiskowych, aby zrozumieć, które organizmy żyją w środowisku i w jaki sposób mogą wchodzić w interakcje. Połączenie narzędzi użyteczności, danych i bioinformatyki w publicznym zasobie online sprawia, że ​​KBase jest wyjątkowo potężną platformą internetową do wykonywania tego zadania. Te nowe funkcje w KBase pozwolą biologom uzyskiwać genomy z sekwencji mikrobiomu za pomocą łatwego w użyciu oprogramowania opartego na zasobach obliczeniowych Departamentu Energii. Skróci to czas potrzebny do przetworzenia danych sekwencjonowania i scharakteryzowania genomów. Naukowcy mogą używać KBase do wspólnego analizowania danych genomicznych i budowania społeczności badawczych w celu rozwiązywania typowych problemów w ekologii drobnoustrojów.

Streszczenie

Pozyskiwanie genomów niehodowanych drobnoustrojów bezpośrednio ze środowiska za pomocą sekwencjonowania DNA to niedawny postęp, który pozwala naukowcom odkrywać i charakteryzować nowe organizmy. Sekwencjonowanie DNA wszystkich drobnoustrojów w danym środowisku daje „metagenom”. Przeprowadzanie analizy genetycznej metagenomów stało się sposobem na badanie cech i zachowań drobnoustrojów oraz interakcji społecznych w kontekście środowiskowym. Metody uzyskiwania genomów złożonych z metagenomów (MAG) mają różny stopień powodzenia, w zależności od zastosowanych technik. Coraz więcej badaczy generuje sekwencje mikrobiomu, ale wielu z nich nie ma łatwego dostępu do wiedzy, narzędzi i zasobów obliczeniowych niezbędnych do ekstrakcji, oceny i analizy ich genomów.

Zespół KBase dodał i zaktualizował kilka narzędzi do analizy metagenomu, typów danych i możliwości wykonywania, aby zapewnić naukowcom narzędzia przyspieszające odkrywanie genomów drobnoustrojów i odkrywanie potencjału genetycznego społeczności drobnoustrojów. Niedawny artykuł w Nature Protocols przedstawia serię etapów analizy z wykorzystaniem aplikacji KBase i produktów danych do ekstrakcji wysokiej jakości MAG z metagenomów. Możliwości te, w tym przetwarzanie, przechowywanie danych oraz udostępnianie danych i analiz, są udostępniane bezpłatnie publicznie za pośrednictwem platformy internetowej KBase. Ten protokół pozwala naukowcom zarówno generować domniemane genomy z organizmów występujących tylko w środowisku, jak i analizować je za pomocą narzędzi, aby zrozumieć, kim są, co robią, z kim wchodzą w interakcje i jaka jest ich rola w ekosystemie.

Finansowanie

KBase jest finansowany przez Program Genomic Science w Departamencie Energii Biura Nauki, Biura Badań Biologicznych i Środowiskowych.