計(jì)算生物學(xué)家使用生物技術(shù)預(yù)測(cè)抗生素耐藥性

就在幾天前，世界衛(wèi)生組織(WHO)公布了12種抗生素耐藥菌株的清單，這些菌株被認(rèn)為是“對(duì)人類健康的最大威脅”。薩爾州大學(xué)臨床生物信息學(xué)教授安德烈亞斯凱勒也在研究這些細(xì)菌耐藥性。“如果患者能夠更快地獲得最適合對(duì)抗該疾病的治療，那么不僅有利于患者。它還有助于以更有針對(duì)性的方式分配目前可用的抗生素，從而阻力的發(fā)展可以放慢速度，“凱勒解釋道。

現(xiàn)有方法揭示細(xì)菌菌株中的這些抗性非常耗時(shí)。首先，細(xì)菌在培養(yǎng)皿營(yíng)養(yǎng)液中生長(zhǎng)。一旦培養(yǎng)物可見(jiàn)，就可以測(cè)試其對(duì)抗生素的反應(yīng)。但在結(jié)果確定之前，患者的寶貴時(shí)間就過(guò)去了。“醫(yī)生可能需要24至72小時(shí)才能確定哪種抗生素可用于各自的治療。但醫(yī)療專業(yè)人員很少會(huì)讓患者長(zhǎng)期受苦，因此他們往往依賴于他們的經(jīng)驗(yàn)，” Curetis的首席商務(wù)官，Achim Plum。“如果醫(yī)生選擇了錯(cuò)誤的抗生素，這對(duì)患者沒(méi)有多大用處。更重要的是，每次使用抗生素時(shí)，產(chǎn)生耐藥病原體的風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)增加。而且由于細(xì)菌繁殖很快，這就像時(shí)間流逝中的進(jìn)化一樣，”李子。來(lái)自德國(guó)南部的公司已經(jīng)提供快速檢測(cè)程序，其中包含檢測(cè)病原體的特殊分子及其特定的耐藥性，適用于各種疾病，包括肺部感染，組織和移植感染以及血液或腹腔感染。Plum：“我們目前正在使用遺傳標(biāo)記來(lái)確定抗生素耐藥性。這種方式我們可以覆蓋最常見(jiàn)的抗性機(jī)制。但我們也意識(shí)到仍然存在阻力，這就是為什么我們這就是原因。他們也試圖破譯目前可能不常見(jiàn)的機(jī)制，但可能成為未來(lái)的主要威脅。但為了開發(fā)更有效的測(cè)試程序，我們需要研究從患者身上分離出的數(shù)百或數(shù)千種病原體。

為此，Curetis于2016年9月從西門子技術(shù)加速器獲得了遺傳文庫(kù)GEAR(“遺傳抗生素抗性和易感性”)。該數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)平臺(tái)是與兩所大學(xué)合作開發(fā)的：基爾的臨床分子生物學(xué)研究所是負(fù)責(zé)細(xì)菌基因測(cè)序，而薩達(dá)蘭大學(xué)的安德烈亞斯凱勒和他的臨床生物信息學(xué)工作組專注于30TB數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)分析。

計(jì)算生物學(xué)家安德烈亞斯凱勒說(shuō)：“細(xì)菌非常聰明，很快就可以根據(jù)它們對(duì)抗性的遺傳傾向采取行動(dòng)。感謝GEAR，我們現(xiàn)在可以更好地了解它們的個(gè)體策略。” 該遺傳文庫(kù)的基礎(chǔ)是一個(gè)包含數(shù)十年信息的全球數(shù)據(jù)庫(kù)。目前，GEAR包含了11,000種細(xì)菌菌株的數(shù)據(jù)，這些菌株在過(guò)去三十年中從世界各地的患者樣本中分離出來(lái)，以及它們各自對(duì)21種常見(jiàn)抗生素的反應(yīng)模式。

借助這些數(shù)據(jù)，研究人員可以檢查與某些抗生素耐藥性相關(guān)的遺傳異常。“這就像一個(gè)巨大的謎題，”凱勒說(shuō)，并迅速推斷所收集的數(shù)據(jù)相當(dāng)于大約500,000本圣經(jīng)。但他的算法和第一批結(jié)果讓他充滿信心：“我們已經(jīng)能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)85%的阻力。”

無(wú)論所討論的抗生素多么普遍或新穎，抗藥性都會(huì)動(dòng)態(tài)發(fā)展。因此，GEAR數(shù)據(jù)庫(kù)在未來(lái)也需要具備適應(yīng)性。“抗生素耐藥性是世界上最緊迫的醫(yī)療保健問(wèn)題之一，研究應(yīng)該協(xié)調(diào)良好。我們正在計(jì)劃將GEAR擴(kuò)展到抗生素耐藥性的聯(lián)合研究平臺(tái)，幫助縮小學(xué)術(shù)研究，公共醫(yī)療保健之間的關(guān)系。和健康產(chǎn)業(yè)，“Achim Plum說(shuō)。

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