Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Metagenomiska sekvenseringstekniker tillåter studier av mikrobiomer från alla möjliga livsmiljöer, och att använda detta för att utforska fager (bakteriofaggenom integrerade i den cirkulära bakteriella kromosomen) har utökat kunskapen om virus som integreras i bakteriegenom och hur de gynnar deras värdar.
Flinders University Ph.D. kandidaten Laura Inglis – en del av Flinders Accelerator for Microbiome Exploration (FAME), en tvärvetenskaplig forskargrupp vid Flinders Universitys College of Science and Engineering – har beskrivit fördelarna i sin nya forskning som publicerats om att transformera fager.
Artikeln "How Metagenomics Has Transformed Our Understanding of Bacteriophages in Microbiome Research", av Laura Inglis och Robert Edwards, har publicerats i tidskriften Microorganisms .
"Mikrobiomet är en viktig del av de flesta ekosystem, men det har varit särskilt svårt att studera mikrobiomer från alla möjliga livsmiljöer", säger Inglis. "Metagenomisk sekvensering förändrar detta. Det är särskilt användbart för att hitta fager från många olika miljöförhållanden, men många genom läggs till databaser utan inkludering av omfattande metadata.
"Att kunna sortera dessa sekvenser automatiskt i en miljöontologi skulle göra det möjligt för dessa sekvenser att vara användbara i framtida projekt, men vi behöver avsevärt mer högkvalitativ data för att avgöra hur man bäst sorterar dessa sekvenser."
Det ökande antalet sekvenser som laddas upp till onlinedatabaser har både för- och nackdelar. Det betyder att mer data är tillgänglig för användning, men att kurera en så stor mängd data blir ohanterligt.
"Det finns många utmaningar med att kurera metagenomer men användningen av maskininlärning för automatisk kurering kan lindra några av problemen", förklarar Inglis.
Fager spelar betydande roller i mikrobiomen hos många arter och i olika miljöer. De kan skydda sin värd från dödliga infektioner och ge sin värd tillgång till nyttiga gener som antimikrobiell resistens eller toxinproduktion – men hur fager interagerar med sin värd förändras beroende på miljön.
"Flera faktorer påverkar om bakteriofager väljer lys eller lysogeni och flera olika hypoteser försöker förklara varför vissa miljöer har högre grad av lys eller lysogeni", säger Inglis.
Många studier har undersökt fager i olika miljöer och förhållanden men tittar bara på några olika miljöer eller förhållanden åt gången. Inglis säger att om man drar fördel av det stora antalet metagenomer online skulle det kunna möjliggöra en större studie som undersöker hastigheten för lysering och lysogeni i många olika miljöer samtidigt – men hon medger att problem med att kurera genomen måste åtgärdas först.
Forskare har genomfört många studier på fager från olika miljöer och utvecklat hypoteser om vilka faktorer som påverkar överlevnadsstrategier, såsom det lytiska/lysogena beslutet, även om mycket mer behöver läras om hur profager interagerar med sina värdar under olika förhållanden.
"Att lära oss mer om metagenomer och profeter kan ge många insikter om människors och miljöns hälsa, och att få en bättre förståelse för vad en frisk mikrobiom bör vara kan göra det möjligt för oss att upptäcka förändringar snabbare eller mer exakt i mikrobiomer som kan vara ett tecken på sjukdom." säger fru Inglis.
Ett problem med att använda open access metagenomiska data är att sekvenser som läggs till databaser ofta har lite eller ingen metadata att arbeta med, så att hitta tillräckligt med sekvenser kan vara svårt. Många metagenom har kurerats manuellt men detta är en tidskrävande process och förlitar sig starkt på att uppladdaren är korrekt och noggrann när han fyller i metadatafält och att kuratorerna arbetar med samma ontologier.
Att använda algoritmer för att automatiskt sortera metagenomer baserat på antingen den taxonomiska profilen eller den funktionella profilen kan vara en hållbar lösning på problemen med manuellt kurerade metagenomer, men det kräver att algoritmen tränas på noggrant kurerade datamängder och använder den mest informativa profilen som möjligt för att för att minimera fel.
Inglis uppsats om tarmmikrobiom är en av en av sju färska uppsatser från Flinders Universitys FAME-labb, där den tvärvetenskapliga forskargruppen ger tillgång till mikrobiom- och metagenomikresurser som hjälper till att påskynda mikrobiomforskningen.
Andra viktiga publikationer nyligen från FAME-labbet inkluderar Vijini Mallawaarachchis forskning om ett nytt bioinformatikverktyg för att sammanställa genom från multibakteriella genomdata; Ph.D. student Lias forskning om mikrobiella funktioner för korallhälsa (med doktorand Bhavya Papudeshi) och hennes genomgång av ekofysiologin för en enskild korallart i de nuvarande miljöförhållandena i karibiska korallrev; och Ph.D. student Susie Grigson om hur man använder avancerad matematik och datavetenskap med biologi för att hjälpa till att förstå mikrober och vad de gör.
FAME-labbet skapades av Robert Edwards, Matthew Flinders Fellow i bioinformatik som koordinerar beräkningsanalysen av DNA-sekvenser associerade med mikrobiomet, tillsammans med Elizabeth Dinsdale, Matthew Flinders Fellow i Marine Biology, vars forskning använder genomik för att undersöka den biologiska mångfalden och ekologin i mikrober och virus på korallrev, kelpskog och haj epidermis. + Utforska vidare
