Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Секвенирование дробовика в окружающей среде (ESS)
         (A) Отбор проб из среды обитания
         (B) фильтрующие частицы, обычно по размеру
         (C) Лизис и экстракция ДНК
         (D) клонирование и конструирование библиотеки
         (E) секвенирование
         сборки последовательности клонов (F) в контиги и каркасы

Вирусная метагеномика - это изучение вирусного генетического материала, полученного непосредственно из окружающей среды, а не из хозяина или природного резервуара. Цель состоит в том, чтобы установить разнообразие вирусов в окружающей среде, которое часто упускается из виду в исследованиях, направленных на конкретные потенциальные резервуары. Он раскрывает важную информацию об эволюции вируса и генетическом разнообразии вирусного сообщества без необходимости изолировать виды вирусов и культивировать их в лаборатории. Благодаря новым доступным методам, использующим секвенирование следующего поколения (NGS), можно изучать виромнекоторых экосистем, даже если анализ все еще имеет некоторые проблемы, в частности, отсутствие универсальных маркеров. Некоторые из первых метагеномных исследований вирусов были проведены с образцами океана и показали, что большинство последовательностей ДНК- и РНК- вирусов не имеют совпадений в базах данных. [1] [2] Впоследствии были проведены некоторые исследования почвенного вирома с особым интересом на бактериофагах , и было обнаружено, что существует почти такое же количество вирусов и бактерий . [3] Этот подход позволил улучшить молекулярную эпидемиологию и ускорить открытие новых вирусов . [4] [5]

Признавая важность вирусной метагеномики, Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV) признает, что геномы, собранные на основе метагеномных данных, представляют собой настоящие вирусы, и поощряет их официальную классификацию в соответствии с теми же процедурами, что и для вирусов, выделенных и охарактеризованных с использованием классических вирусологических подходов. [6] Система IMG / VR [7] и IMG / VR v.2.0 [8] - крупнейшая интерактивная общедоступная вирусная база данных с более чем 760 000 метагеномных вирусных последовательностей и изолированными вирусами - служит отправной точкой для анализа последовательности вирусных вирусов. фрагменты, полученные из метагеномных образцов. Метод обнаружения вирусов и подход к назначению хоста в IMG / VR описан в статье, посвященной вирому Земли.[9] и полностью представлен в виде протокола. [10]

Глобальный проект вирома [ править ]

Цель Глобального проекта вирома (GVP) - расширить открытие вирусов, чтобы снизить риск причинения вреда в случае новой крупномасштабной вспышки вируса. Он сосредоточен на массовом сборе и секвенировании большинства неизвестных на планете вирусов. Фактически, было подсчитано, что от 631 000 до 827 000 еще не обнаруженных вирусных видов в резервуарах животных (в качестве млекопитающих и птиц-хозяев) обладают зоонозным потенциалом . Полная прозрачность полученных данных и коррелированная возможная разработка некоторых медицинских продуктов (вакцины) - два основных преимущества этого проекта. [11]

Главный предел этого проекта - стоимость. Общая стоимость анализа большинства вирусов с зоонозным потенциалом оценивается примерно в 1,2 миллиарда долларов. Еще одна цель GVP - улучшить возможность обнаружения вирусов с помощью недорогого секвенирования также в развивающихся странах, чтобы избежать возможных вспышек . Для сбора образцов во всем мире необходимо создать сеть между различными агентствами и странами. Например, USAID (Агентство международного развития) EPT (появляющийся пандемический угрозы) ПРОГНОЗ проект включен в этот план , и он сосредоточен на изучении биологии некоторых опасных вирусов, таких как вирус Эбола , лихорадка Ласса , лихорадка долины Рифт и птичий грипп. Проект PREDICT был основан также для обнаружения новых видов вирусов в животном-резервуаре-хозяине и определения основных характеристик, которые могут вызвать передачу вируса человеку, чтобы избежать вспышки вируса среди населения. Секвенирование следующего поколения может помочь в массовом секвенировании собранных образцов вирусного генома, что позволит повысить скорость и эффективность и, кроме того, снизить стоимость секвенирования. Чтобы подтвердить возможность передачи этих недавно открытых вирусов от животного к человеку, необходимо разработать новые подходы к изучению их патогенности . [12]

Глобальный проект «Виром» может помочь в текущем эпиднадзоре за пандемией, в методах диагностики и профилактических стратегиях, в том числе в упреждающем производстве вакцины и других контрмерах для потенциальных вирусов высокого риска. Еще одним преимуществом этого исследования могло бы стать более глубокое понимание вирусной биологии. Его открытия могут применяться не только для медицинских нужд, но и в других областях, таких как сельское хозяйство и пищевая промышленность, например, для повышения биобезопасности продуктов питания. [11]

Методы [ править ]

Часть серии по
Штрих-кодирование ДНК
DNA Barcoding.png
 
Штрих- кодирование ДНК • Метабаркодирование
 
По таксонам
  • Микробный
  • Грибковые
  • Пыльца
  • Водоросли
  • Водные макробеспозвоночные
    • рыбы
Другой
  • Экологическая ДНК (эДНК)
  • Метагеномика
    • вирусы
  • Метатранскриптомика
  • Усиление
    • ПЦР
  • Секвенирование дробовика
  • Секвенирование с высокой пропускной способностью
  • Внеклеточная РНК
  • Химера
  • Здравоохранение
  • Оценка диеты
  • Консорциум штрих-кода жизни
  • v
  • т
  • е

Метагеномный подход [ править ]

Он используется для секвенирования всех микробных геномов в образце с использованием метода дробовика . Его цель - выявить разнообразие нуклеиновых кислот, присутствующих в образце (ДНК, РНК или и то, и другое, в зависимости от метода секвенирования), чтобы предоставить информацию об особенностях вирусов в образцах, таких как лекарственная устойчивость, вирусные генотипы и вирус. эпидемиология. На чувствительность этого метода влияет присутствие загрязняющих нуклеиновых кислот хозяина и других микроорганизмов. Этот метод использовался для секвенирования вирусов, таких как вирус Эпштейна-Барра (EBV) и HCV . Его также можно использовать для предоставления информации об эволюции рака и интегрированных вирусных геномах в случаях рака, ассоциированного с вирусами. Этот метод требует небольшого количестваЦиклы ПЦР снижают последующий риск заражения. Хотя никаких праймеров или зондов не требуется, получение достаточных данных обходится дорого. [13] Поскольку этот метод не зависит от ожидаемого вирусного содержания в образце, его можно использовать для идентификации новых видов вирусов или различных представителей известных видов. Следовательно, он играет важную роль в клинической диагностике, такой как идентификация патогенов, вызывающих энцефалит.

Обогащение ампликонов ПЦР [ править ]

Его цель - идентифицировать организм, и для этого он обогащает часть генома вируса перед секвенированием. Для амплификации используются специфические праймеры для высококонсервативной целевой последовательности. Этот метод использовался для отслеживания вирусов Эбола и Зика во время их вспышек или для секвенирования всего генома HCMV . Другое возможное применение - мониторинг мутаций, связанных с лекарственной устойчивостью, с целью введения пациенту более эффективного лекарства. Хотя этот метод дешевле, чем метагеномный подход, и обладает высокой специфичностью и чувствительностью, он имеет некоторые ограничения: он требует большого количества циклов ПЦР, поэтому он может вносить мутации и контаминанты, а праймеры могут быть подвержены несоответствию. [13]В клинических образцах может не хватать нуклеиновой кислоты для проведения многих реакций ПЦР; это делает ПЦР-ампликонное секвенирование вирусов более подходящим, если вирусный геном небольшой (например, грипп, норовирус или ВИЧ), или если вирус был выращен для увеличения доступного геномного материала.

Целевое обогащение [ править ]

Это перекрывающийся метод ПЦР. Он не требует этапа культивирования, поскольку он секвенирует весь вирусный геном непосредственно из клинического образца. Небольшие олигонуклеотиды , комплементарные мишени, используются в качестве зондов для реакции гибридизации . Зонды могут быть связаны с твердой фазой или с магнитными шариками в жидкой фазе. Захват сопровождается небольшим количеством циклов ПЦР и секвенированием дробовиком. Этот метод можно использовать для сравнения генома здоровых клеток и опухолевых клеток в случаях вирус-ассоциированного рака. Он был использован для характеристики ВГС, ВПГ-1., HCMV и другие вирусы. Наличие перекрывающихся зондов увеличивает устойчивость к несовпадению праймеров, но их конструкция требует больших затрат и времени, поэтому быстрый ответ ограничен. [13]

Приложения [ править ]

  • Поиск способов использования модифицированных вирусов в качестве лечебных средств для растений
  • Анализ вирусов
  • Анализ того, как вирусы могут влиять на другие организмы (например, бактерии)
  • Узнайте, могут ли вирусы формировать микробиом [14]
  • Выявление всех вариантов лекарственной устойчивости в одном тесте
  • Вклад в классификацию вирусов , предоставление новых критериев, основанных на информации, полученной из их геномов, а не на их биологических характеристиках. Это даст возможность классифицировать также вновь открытые вирусы, которые еще не известны с биологической точки зрения [15]
  • В клиниках для трудно диагностируемых случаев [16]
  • Используется для лучшего понимания вирома [16]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Angly FE; Войлок B; Breitbart M ; Salamon P; Эдвардс РА; Карлсон С; Чан AM; Haynes M; Kelley S; Лю Х; Mahaffy JM; Mueller JE; Нултон Дж; Olson R; Парсонс Р; Rayhawk S; Suttle CA; Ровер Ф (2006). «Морские виромы четырех океанических областей» . PLOS Биология . 4 (11): e368. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0040368 . PMC  1634881 . PMID  17090214 .
  2. ^ Калли, AI; Lang, AS; Саттл, Калифорния (2006). «Метагеномный анализ прибрежных РНК-вирусных сообществ» . Наука . 312 (5781): 1795–1798. Bibcode : 2006Sci ... 312.1795C . DOI : 10.1126 / science.1127404 . PMID 16794078 . S2CID 20194876 .  
  3. ^ Пратама, Акбар Аджие; ван Эльзас, Ян Дирк (август 2018 г.). «Заброшенный почвенный виром - потенциальная роль и влияние». Тенденции в микробиологии . 26 (8): 649–662. DOI : 10.1016 / j.tim.2017.12.004 . ISSN 0966-842X . PMID 29306554 .  
  4. ^ Кристенсен, Дэвид М .; Мушегян, Аркадий Р .; Доля, Валериан В .; Кунин, Евгений В. (2010). «Новые измерения вирусного мира, открытые с помощью метагеномики» . Тенденции в микробиологии . 18 (1): 11–19. DOI : 10.1016 / j.tim.2009.11.003 . PMC 3293453 . PMID 19942437 .  
  5. ^ Бернардо, P; Альбина, Э; Элоит, М; Roumagnac, P (май 2013). «Патология и вирусная метагеномика, новейшая история» . Med Sci (Париж). (На французском). 29 (5): 501–8. DOI : 10.1051 / medsci / 2013295013 . PMID 23732099 . 
  6. ↑ Simmonds P, Adams MJ, Benk M, Breitbart M, Brister JR, Carstens EB, Davison AJ, Delwart E, Gorbalenya AE, Harrach B, Hull R, King AMQ, Koonin EV, Krupovic M, Kuhn JH, Lefkowitz EJ, Nibert М.Л., Ортон Р., Русинк М.Дж., Сабанадзович С., Салливан МБ, Саттл Калифорния, Теш РБ, ван дер Влугт Р.А., Варсани А., Зербини FM (2017). «Консенсусное заявление: таксономия вирусов в эпоху метагеномики» (PDF) . Обзоры природы микробиологии . 15 (3): 161–168. DOI : 10.1038 / nrmicro.2016.177 . PMID 28134265 . S2CID 1478314 .   CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ Паез-Эспино Д., Чен А.И., Паланиаппан К., Ратнер А., Чу К., Сзето Е., Пиллэй М., Хуанг Дж., Марковиц В.М., Нильсен Т., Хантеманн М., Редди ТБК, Павлопулос Г.А., Салливан МБ, Кэмпбелл Б.Дж., Чен Ф , McMahon K, Hallam SJ, Denef V, Cavicchioli R, Caffrey SM, Streit WR, Webster J, Handley KM, Salekdeh GH, Tsesmetzis N, Setubal JC, Pope PB, Liu W, Rivers AR, Иванова NN, Kyrpides NC (2016 ). «IMG / VR: база данных культивируемых и некультивируемых ДНК-вирусов и ретровирусов» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (D1): D457 – D465. DOI : 10.1093 / NAR / gkw1030 . PMC 5210529 . PMID 27799466 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Паез-Эспино Д., Ру С., Чен И.А., Паланиаппан К., Ратнер А., Чу К. и др. (2018). «IMG / VR v.2.0: интегрированная система управления и анализа данных для культивируемых и экологических вирусных геномов» . Nucleic Acids Res . 47 (D1): D678 – D686. DOI : 10.1093 / NAR / gky1127 . PMC 6323928 . PMID 30407573 .  
  9. ^ Паез-Эспино Д., Элоэ-Фадрош Е.А., Павлопулос Г.А., Томас А.Д., Хантеманн М., Михайлова Н., Рубин Е., Иванова Н.Н., Кирпидес NC (2016). «Открытие вирома Земли» . Природа . 536 (7617): 425–30. Bibcode : 2016Natur.536..425P . DOI : 10,1038 / природа19094 . PMID 27533034 . S2CID 4466854 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ Паес-Эспино Д, Павлопуло Г.А., Иванова Н.Н., Kyrpides NC (2016). «Нецелевой конвейер обнаружения последовательностей вирусов и кластеризация вирусов для метагеномных данных» . Протоколы природы . 12 (8): 1673–1682. DOI : 10.1038 / nprot.2017.063 . PMID 28749930 . S2CID 2127494 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  11. ^ a b Кэрролл, Деннис; Дашак, Питер; Вулф, Натан Д .; Гао, Джордж Ф .; Морел, Карлос М .; Морзария, Субхаш; Паблос-Мендес, Ариэль; Томори, Ойевале; Мазет, Йонна АК (23.02.2018). «Глобальный проект вирома». Наука . 359 (6378): 872–874. Bibcode : 2018Sci ... 359..872C . DOI : 10.1126 / science.aap7463 . ISSN 0036-8075 . PMID 29472471 . S2CID 3543474 .   
  12. ^ Шмидт, Чарльз (2018-10-11). «Охотники за виромами» . Природа Биотехнологии . 36 (10): 916–919. DOI : 10.1038 / nbt.4268 . ISSN 1087-0156 . PMC 7097093 . PMID 30307913 .   
  13. ^ a b c Хоулдкрофт, Шарлотта Дж .; Бил, Мэтью А .; Брейер, Джудит (2017-01-16). «Клинические и биологические выводы из секвенирования вирусного генома» . Обзоры природы микробиологии . 15 (3): 183–192. DOI : 10.1038 / nrmicro.2016.182 . ISSN 1740-1526 . PMC 7097211 . PMID 28090077 .   
  14. ^ Сезар Игнасио-Эспиноза, J; Солоненко, Сергей А .; Салливан, Мэтью Б. (октябрь 2013 г.). «Мировой виром: не такой большой, как мы думали?». Текущее мнение в вирусологии . 3 (5): 566–571. DOI : 10.1016 / j.coviro.2013.07.004 . ISSN 1879-6257 . PMID 23896279 .  
  15. ^ Симмондс, Питер; Адамс, Майк Дж .; Бенко, Мария; Брейтбарт, Майя; Бристер, Дж. Родни; Карстенс, Эрик Б .; Дэвисон, Эндрю Дж .; Делварт, Эрик; Горбаленя, Александр Евгеньевич (03.01.2017). «Таксономия вирусов в эпоху метагеномики» . Обзоры природы микробиологии . 15 (3): 161–168. DOI : 10.1038 / nrmicro.2016.177 . ISSN 1740-1526 . PMID 28134265 .  
  16. ^ a b Dutilh, Bas; Рейес, Алехандро; Холл, Ричард; Уайтсон, Катрин (сентябрь 2017 г.). «От редакции: открытие вирусов с помощью метагеномики: (Im) возможности» . Границы микробиологии . 8 (1710): 1710. DOI : 10,3389 / fmicb.2017.01710 . PMC 5596103 . PMID 28943867 .  

См. Также [ править ]

  • Метагеномика

Внешние ссылки [ править ]

  • IMG / VR База данных вирусов IMG (IMG / VR).
  • КАМЕРА Киберинфраструктура для метагеномики, хранилище данных и инструменты для исследования метагеномики.
  • База данных GOLD Genomes OnLine (GOLD).
  • IMG / M Интегрированная система микробных геномов для метагеномного анализа DOE-JGI.
  • MEGAN MEtaGenome ANalyzer. Автономный инструмент анализа метагенома.
  • MetaGeneMark MetaGeneMark для поиска генов метагенома
  • Метагеномика и наша микробная планета . Веб-сайт национальных академий, посвященный метагеномике и жизненно важной роли микробов на Земле .
  • Метагеномика в Европейском институте биоинформатики. Анализ и архивирование метагеномных данных.
  • Бесплатная электронная книга Metagenomics: Sequences from the Environment от NCBI Bookshelf.
  • MG-RAST Metagenomics Rapid Annotation с использованием сервера Subsystem Technology
  • Новая наука метагеномики: раскрытие секретов нашей микробной планеты Отчет, выпущенный Национальным исследовательским советом в марте 2007 года. Также см. Краткий отчет.
  • http://www.globalviromeproject.org/ Официальный сайт проекта Global Virome Project
  • https://www.usaid.gov/ept2 Программа новых угроз пандемии EPT-2
  • https://www.ecohealthalliance.org/program/predict