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      海洋和腸道菌群的深處揭開了微生物基因的神秘面紗
      
			
      
				2019-04-08 09:20:25
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      了解細(xì)菌中基因的功能，這些細(xì)菌是人體微生物組的一部分 - 我們體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的微生物的集合 - 很重要，因?yàn)檫@些基因可能解釋細(xì)菌感染或宿主同居的機(jī)制，抗生素抗性或許多效應(yīng)陽性否定 - 微生物組對人類健康有影響。
      

      海洋和腸道菌群的深處揭開了微生物基因的神秘面紗
      

      令人驚訝的是，大量微生物基因的功能仍然未知。這種知識差距可以被認(rèn)為是微生物中的“基因組暗物質(zhì)”，計算生物學(xué)和當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)都無法解決這一差距。
      

      現(xiàn)在，生物醫(yī)學(xué)研究所(IRB巴塞羅那)與另外兩個跨學(xué)科研究中心，即盧布爾雅那(斯洛文尼亞)的IJS和薩格勒布(克羅地亞)的RBI之間的國際合作，已經(jīng)解決了這一挑戰(zhàn)。該研究結(jié)果最近發(fā)表在微生物組研究的國際參考文獻(xiàn)Microbiome上。該研究由計算生物學(xué)家Fran Supek領(lǐng)導(dǎo)，他是巴塞羅那IRB基因組數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，由斯洛文尼亞和克羅地亞中心附屬計算機(jī)科學(xué)家Vedrana Vidulin首創(chuàng)。
      

      智能預(yù)測方法
      

      研究人員開發(fā)了一種新的計算方法，能夠同時檢測數(shù)千個宏基因組，并確定可以預(yù)測許多微生物基因功能的進(jìn)化信號。這種方法分析人類微生物組(例如來自腸道或皮膚)和其他宏基因組(例如來自土壤或海洋)的“大數(shù)據(jù)”是基于一種特殊的機(jī)器學(xué)習(xí)算法：它可以創(chuàng)建“決策樹”一次預(yù)測數(shù)百種不同的功能，找到基因之間的聯(lián)系，同時預(yù)測它們在微生物細(xì)胞中的作用。
      

      “這使算法非常善于不被宏基因組數(shù)據(jù)中的噪聲所迷惑，這意味著它是準(zhǔn)確的，并且可以自信地為大量具有未知功能的基因提出生物學(xué)作用。有趣的是，它還提出了許多額外的功能。已經(jīng)有一些已知角色的基因，“蘇佩克說。
      

      從這項研究中得出的最重要的發(fā)現(xiàn)是，人類微生物組和其他宏基因組數(shù)據(jù)的分析，例如土壤和海洋的數(shù)據(jù)，使研究人員能夠分配數(shù)百種基因功能，這些基因功能已經(jīng)逃避了當(dāng)前的計算基因組學(xué)方法。“換句話說，宏基因組使科學(xué)家們能夠看到普通基因組沒有的東西，”克羅地亞研究員解釋說，他最近獲得了歐洲研究理事會(ERC)的資助。
      

      多樣性是關(guān)鍵
      

      科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)不同類型的環(huán)境可以預(yù)測不同類型的基因功能。例如，來自海洋的宏基因組可用于預(yù)測細(xì)菌用于光合作用的基因。但正如研究人員指出的那樣，人體腸道中的細(xì)菌無法發(fā)現(xiàn)。相比之下，腸道微生物組對于預(yù)測涉及疾病發(fā)展和酒精代謝以及某些氨基酸預(yù)測的生物合成機(jī)制的關(guān)鍵基因非常有用，這些預(yù)測本來可能更難以使用微生物組來實(shí)現(xiàn)。環(huán)境。
      

      作者得出結(jié)論，通過機(jī)器學(xué)習(xí)，大量不同的環(huán)境使我們能夠了解微生物中許多不同的基因功能。“像這樣的計算方法正在揭示微生物基因組中的”暗物質(zhì)“ - 細(xì)菌和古細(xì)菌中的大量基因，其功能是一個謎，”蘇佩克說。
      

      生成的數(shù)千個計算預(yù)測需要在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證。一旦經(jīng)過驗(yàn)證，它們可能會導(dǎo)致新基因的發(fā)現(xiàn)，這些新基因可以解釋細(xì)菌如何塑造我們周圍的生態(tài)系統(tǒng)以及我們內(nèi)部的生態(tài)系統(tǒng) - 人類微生物組。
      
			

			
        
      
			
      
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