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Le tecniche di sequenziamento metagenomico consentono lo studio dei microbiomi di tutti i tipi di habitat e l'utilizzo di questo per esplorare i fagi (genomi dei batteriofagi integrati nel cromosoma batterico circolare) ha ampliato la conoscenza dei virus che si integrano nei genomi batterici e del modo in cui apportano benefici ai loro ospiti.
Dottorato di ricerca alla Flinders University la candidata Laura Inglis, che fa parte del laboratorio Flinders Accelerator for Microbiome Exploration (FAME), un gruppo di ricerca interdisciplinare presso il College of Science and Engineering della Flinders University, ha delineato i vantaggi della sua nuova ricerca pubblicata sulla trasformazione dei fagi.
L'articolo, "Come la metagenomica ha trasformato la nostra comprensione dei batteriofagi nella ricerca sul microbioma", di Laura Inglis e Robert Edwards, è stato pubblicato sulla rivista Microorganismi .
"Il microbioma è una parte essenziale della maggior parte degli ecosistemi, ma è stato particolarmente difficile studiare i microbiomi di tutti i tipi di habitat", afferma la signora Inglis. "Il sequenziamento metagenomico cambia questo. È particolarmente utile per trovare fagi da molte condizioni ambientali diverse, ma molti genomi vengono aggiunti ai database senza l'inclusione di metadati completi.
"Essere in grado di ordinare automaticamente queste sequenze in un'ontologia ambientale consentirebbe a queste sequenze di essere utili in progetti futuri, ma abbiamo bisogno di dati di qualità considerevolmente maggiore per determinare il modo migliore per ordinare queste sequenze."
Il numero crescente di sequenze caricate nei database online ha sia vantaggi che svantaggi. Significa che sono disponibili più dati per l'uso, ma la cura di una così grande quantità di dati sta diventando ingestibile.
"Ci sono molte sfide con la cura dei metagenomi, ma l'uso dell'apprendimento automatico per la cura automatica potrebbe alleviare alcuni dei problemi", spiega la signora Inglis.
I fagi svolgono ruoli significativi nei microbiomi di molte specie e in diversi ambienti. Possono proteggere il loro ospite da infezioni mortali e dare al loro ospite l'accesso a geni benefici come la resistenza agli antimicrobici o la produzione di tossine, ma il modo in cui i fagi interagiscono con il loro ospite cambia a seconda dell'ambiente.
"Diversi fattori influenzano se i batteriofagi scelgono la lisi o la lisogenia e diverse ipotesi tentano di spiegare perché alcuni ambienti hanno tassi più elevati di lisi o lisogenia", afferma la signora Inglis.
Molti studi hanno esaminato i fagi in diversi ambienti e condizioni, ma esaminano solo pochi ambienti o condizioni diversi alla volta. La signora Inglis afferma che sfruttare il gran numero di metagenomi online potrebbe consentire uno studio più ampio che esamini i tassi di lisi e lisogenia in molti ambienti diversi contemporaneamente, ma riconosce che i problemi con la cura dei genomi devono essere risolti prima.
I ricercatori hanno condotto molti studi sui fagi di vari ambienti e sviluppato ipotesi su quali fattori influenzano le strategie di sopravvivenza, come la decisione litica/lisogenica, sebbene sia necessario imparare molto di più su come i profagi interagiscono con i loro ospiti in condizioni diverse.
"Ulteriori informazioni sui metagenomi e sui profagi potrebbero fornire molte informazioni sulla salute umana e ambientale e ottenere una migliore comprensione di cosa dovrebbe essere un microbioma sano potrebbe consentirci di rilevare i cambiamenti più rapidamente o accuratamente nei microbiomi che potrebbero essere un segno di malattia", dice la signora Inglis.
Un problema con l'utilizzo di dati metagenomici ad accesso aperto è che le sequenze aggiunte ai database spesso hanno pochi o nessun metadati con cui lavorare, quindi trovare sequenze sufficienti può essere difficile. Molti metagenomi sono stati curati manualmente, ma questo è un processo che richiede molto tempo e fa molto affidamento sul fatto che l'autore del caricamento sia accurato e completo durante la compilazione dei campi dei metadati e che i curatori lavorino con le stesse ontologie.
L'uso di algoritmi per ordinare automaticamente i metagenomi in base al profilo tassonomico o al profilo funzionale può essere una soluzione praticabile ai problemi con i metagenomi curati manualmente, ma richiede che l'algoritmo sia addestrato su set di dati accuratamente curati e utilizzi il profilo più informativo possibile per per ridurre al minimo gli errori.
Il documento della sig.ra Inglis sul microbioma intestinale è uno dei sette articoli recenti del laboratorio FAME della Flinders University, con il gruppo di ricerca interdisciplinare che fornisce l'accesso alle risorse del microbioma e della metagenomica che aiutano ad accelerare la ricerca sul microbioma.
Altre importanti pubblicazioni recenti del laboratorio FAME includono la ricerca di Vijini Mallawaarachchi su un nuovo strumento bioinformatico per assemblare genomi da dati genomici multibatterici; dottorato di ricerca ricerca della studentessa Lias sulle funzioni microbiche per la salute dei coralli (con la collega dottoranda Bhavya Papudeshi) e la sua revisione dell'ecofisiologia di una singola specie di corallo nelle attuali condizioni ambientali delle barriere coralline caraibiche; e dottorato di ricerca la studentessa Susie Grigson su come utilizzare la matematica avanzata e l'informatica con la biologia per aiutare a capire i microbi e cosa stanno facendo.
Il laboratorio FAME è stato creato da Robert Edwards, Matthew Flinders Fellow in Bioinformatics che coordina l'analisi computazionale delle sequenze di DNA associate al microbioma, insieme a Elizabeth Dinsdale, Matthew Flinders Fellow in Marine Biology, la cui ricerca utilizza la genomica per studiare la biodiversità e l'ecologia di microbi e virus sulle barriere coralline, sulla foresta di alghe e sull'epidermide di squali. + Esplora ulteriormente
