Новое исследование Университета Восточной Англии описывает новый подход к обнаружению бактерий и вирусов, которые могут вызывать рак. Многие такие ассоциации уже были обнаружены, такие как ВПЧ (вирус папилломы человека) при раке шейки матки и Helicobacter pylori ( H. pylori ) при раке желудка. Тем не менее, новое исследование, опубликованное 22 октября 2019 года в журнале Genome Biology предоставляет шаблонный эталонный конвейер для обнаружения бактериальных и вирусных последовательностей по данным секвенирования цельного генома раковых клеток. Это может помочь найти больше патогенных микроорганизмов, связанных причинно с раком, и может стимулировать разработку большего количества противораковых вакцин.

Исследователь Дэн Брауэр говорит: «Когда образцы опухолей секвенируют весь геном, ДНК из любых присутствующих патогенов также будет секвенироваться, что позволит обнаруживать и количественно определять патогены. Это дает нам фантастическую возможность собирать данные, которые помогут нам найти новые ассоциации между бактериями и вирусами и различными типами рака ».

Вычислительный конвейер SEPATH

Настоящее исследование сфокусировано на использовании множества инструментов, доступных в настоящее время для идентификации организмов на основе их данных генетического секвенирования, чтобы обеспечить стандартизированный подход к классификации патогенной ДНК в геноме человека. Исследователи пытаются исследовать каждый шаг пути, вовлеченного в вычисление происхождения каждой части последовательности генома в ДНК человека. Чтобы сделать это, говорит другой исследователь Авраам Гихави, «это новое исследование рассматривает каждый из ключевых вычислительных этапов, связанных с проведением этого на данных секвенирования тканей человека».

Первым шагом было объединение компьютерных программ, которые собирают лучшие инструменты для обработки больших объемов данных секвенирования.

Вторым шагом было создание более ста симуляций реалистичных геномов, содержащих последовательности ДНК, которые в основном соответствуют геному человека. В них они вставили небольшие последовательности вирусной или бактериальной ДНК, аналогичные ожидаемым результатам в ДНК раковой опухоли. Затем они определились с лучшими комбинациями программных параметров среди более чем 70 таких инструментов, оценив их производительность на этих симуляциях.

Третий шаг – запустить программу идентификации этих фиктивных геномов, чтобы точно определить, сколько ДНК, полученной из патогенов, может быть получено в каждом случае. Это помогло сформировать точную оценку того, насколько точными и чувствительными были инструменты, поскольку ученые уже знали, что и сколько из каждого типа патогенной ДНК они ввели.

Своими усилиями они пришли к выводу, что mOTUs2 является инструментом классификации для быстрой и точной классификации бактерий. С другой стороны, MetaSPAdes и Kraken являются программами, которые классифицируют как вирусные, так и бактериальные последовательности.

Последний шаг состоял в том, чтобы проверить подходы к ДНК из реальных раковых клеток, из рака шейки матки и желудка, так как они, как известно, содержат определенные последовательности ДНК, полученные из патогенов.

Результатом стал инструмент под названием SEPATH, который может выполнять высокопроизводительное секвенирование по многим высокопроизводительным вычислительным параметрам. SEPATH хорошо работает в трех областях. Он конвертирует выровненные по хосту файлы в формат FASTQ, который сохраняет патогенные последовательности нетронутыми. Он также запускает два высокопоставленных инструмента, mOTUs2 и Kraken, которые используют разные пути классификации для необработанных бактериальных чтений и метагеномических сборок из считываний секвенирования, отличных от человека, соответственно, но имеют аналогичные превосходные характеристики. SEPATH можно использовать для идентификации патогенных микроорганизмов, которые встраивают свои последовательности в ДНК-хозяин человека и, таким образом, помогают выявить связь между бактериальным и вирусным геномами в ДНК человека и раком человека.

Будущее

Результаты использования SEPATH в геномах клеток шейки матки и рака желудка были впечатляющими. Программа не только собирала известные патогенные микроорганизмы, связанные с раком, но и выявляла другие, которые до сих пор были неизвестны. По словам Гихави, «мы только начинаем рассказывать о роли, которую эти другие патогены могут играть в развитии рака».

При использовании с PathSeq SEPATH позволяет почти 100% точно идентифицировать патогены на уровне родов. Это прояснит роль различных бактерий и вирусов в этиологии рака.

Ролевая модель для этой команды – вакцина против ВПЧ, которая, по прогнозам экспертов, защищает от 70% случаев рака шейки матки. Брюэр подытоживает их надежды: «Мы надеемся, что путем выявления бактерий и вирусов, связанных с другими видами рака, в будущем могут быть разработаны новые вакцины». Чтобы ускорить эти попытки, они предоставили высокопроизводительные каналы для использования исследователями геномики, чтобы помочь им исследовать роль патогена в происхождении рака. Они также сделали свои метагеномические симуляции доступными для независимых исследователей.