Ученые из Университета ИТМО, Федерального научно-клинического центра (ФНКЦ) физико-химической медицины и МФТИ разработали программу, которая позволяет быстро сравнивать между собой совокупности ДНК микроорганизмов, обитающих в разных средах, сообщается в пресс-релизе Московского физико-технологического института. Алгоритм найдет применение в персонализированной медицине. Например, сравнив при его помощи микрофлору здорового человека с микрофлорой больного, можно быстро выявить ранее неизвестные патогенные организмы, а также их штаммы.
Программный инструмент под названием MetaFast, разработанный учеными, позволяет провести быстрый сравнительный анализ большого количества метагеномов – совокупности ДНК микроорганизмов, населяющих одну среду. «При исследовании микрофлоры кишечника пациентов могут быть выявлены микроорганизмы, ассоциируемые с каким-либо заболеванием, например, с диабетом или предрасположенностью к нему», – рассказывает главный разработчик алгоритма Владимир Ульянцев, сотрудник Международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО.
Не размножающиеся в пробирке микроорганизмы, такие как вирусы, дают при анализе слишком отрывочные данные, по которым их ДНК собрать невозможно. Однако новая программа позволяет выявлять и такие микроорганизмы. «Только в составе микробиоты кожи 90% ранее не встречавшихся организмов, – говорит руководитель проекта, заведующий лабораторией сложных биологических систем МФТИ Дмитрий Алексеев. – Наш подход позволяет работать с абсолютно неизвестным материалом и получать результаты. Программа испытывалась на самых различных средах, в том числе на средах с большим количеством вирусов. Даже единичные ДНК программа находит и собирает».
Диапазон применения MetaFast не ограничивается обнаружением патогенных микроорганизмов. К примеру, сравнение метагеномов самобытных народов в замкнутых популяциях с жителями городов может помочь выделить бактериальные штаммы, крайне полезные для людей, но утерянные в процессе урбанизации. MetaFast показал высокую эффективность при исследовании редких и неизведанных метагеномов. В рамках работы ученые проанализировали метагеном нескольких крупных озер мира. Ничего не зная об образцах микробиоты озер, программа нашла генетическое сходство между теми из них, которые были близки по химическому составу. Ученые также применили разработанный алгоритм к изучению микроорганизмов, обитающих в нью-йоркской подземке, тем самым показав его эффективность при анализе даже таких сложных систем. Основная часть собранной с помощью MetaFast ДНК принадлежала уже известным бактериям.
Результаты исследования опубликованы в журнале Bioinformatics.
