它們無處不在，但肉眼看不見。微生物是碳循環(huán)等關(guān)鍵環(huán)境過程監(jiān)管背后看不見的，有影響力的力量，但其中大部分仍然未知。十多年來，美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室，一直致力于研究人員使用最先進(jìn)的技術(shù)研究無法在實驗室中生長的未培養(yǎng)微生物。諸如環(huán)境群落的高通量基因組測序(“宏基因組學(xué)”)和開發(fā)用于揭示和表征來自環(huán)境的微生物群落的計算工具的方法。要解決將宏基因組聚集成一組重疊的DNA片段，這些片段一起代表DNA或重疊群的共有區(qū)域，然后將這些重疊群合并到基因組區(qū)域中，

2017年10月2日發(fā)表在Nature Methods上的一個團(tuán)隊，包括DOE JGI研究人員描述了宏基因組解釋關(guān)鍵評估(CAMI)挑戰(zhàn)的結(jié)果，這是有史以來第一次，社區(qū)組織的宏基因組計算工具基準(zhǔn)評估。CAMI挑戰(zhàn)賽由比勒費爾德大學(xué)計算宏基因組學(xué)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Alexander Sczyrba和前任DOE JGI博士后研究員以及Helmholtz感染研究中心感染研究實驗室計算生物學(xué)負(fù)責(zé)人Alice McHardy領(lǐng)導(dǎo)。

“研究人員很難根據(jù)方法論文的結(jié)果找出用于特定數(shù)據(jù)集和分析的程序，”McHardy說。“評估中使用的數(shù)據(jù)集和評估指標(biāo)差別很大。另一個問題是開發(fā)人員在評估新型軟件的性能時，通常會花費大量時間對最新技術(shù)進(jìn)行基準(zhǔn)測試.CAMI希望改變這些事情，讓社區(qū)參與確定評估的標(biāo)準(zhǔn)和最佳實踐，并將這些原則應(yīng)用于基準(zhǔn)挑戰(zhàn)。“

CAMI挑戰(zhàn)賽于2015年進(jìn)行了三個多月。為了評估計算工具，組織者開發(fā)了3個模擬的宏基因組數(shù)據(jù)集，使用了由DOE JGI測序和組裝的300多個細(xì)菌和古菌分離株的基因組，這些基因組是基因組百科全書的一部分。最近在Nature Biotechnology上發(fā)表的細(xì)菌和古菌項目。這些基因組與CAMI Challenges聯(lián)盟共享，然后向公眾發(fā)布，以促進(jìn)不同工具的客觀基準(zhǔn)測試。這些數(shù)據(jù)集還包括來自德國科隆馬克斯普朗克研究所的相同數(shù)量的基因組，以及圓形元素和病毒。模擬數(shù)據(jù)集是150億個堿基(Gb)的單個樣本數(shù)據(jù)集，40個基因組和20個圓形元素的40 Gb數(shù)據(jù)集，以及包含數(shù)百個基因組和圓形元素的5個樣本組成的75 Gb時間序列數(shù)據(jù)集。

“JGI對工具和技術(shù)的基準(zhǔn)測試非常感興趣，這些工具和技術(shù)將推動宏基因組的分析并提高我們?yōu)橛脩籼峁┑臄?shù)據(jù)質(zhì)量。發(fā)表了關(guān)于使用模擬數(shù)據(jù)集進(jìn)行宏基因組工具基準(zhǔn)測試的第一項研究。 JGI，很高興看到這種方法多年來如何擴(kuò)展，現(xiàn)在通過這項研究，演變成該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化社區(qū)工作的模型，“能源部JGI原核計劃超級項目負(fù)責(zé)人Nikos Kyrpides說。

DOE JGI微生物基因組學(xué)負(fù)責(zé)人Tanja Woyke補(bǔ)充說：“JGI不僅在實驗室協(xié)議基準(zhǔn)測試方面，而且還在計算工作流程方面。”“這使我們參與像CAMI這樣重要的社區(qū)工作非常重要。”

有超過40個團(tuán)隊報名參加挑戰(zhàn)賽，CAMI組織者收到了來自全球25個項目的215份提交，但只有17個團(tuán)隊愿意發(fā)布他們的軟件實施。CAMI組織者評估了3個類別的計算工具。在裝配基因組時評估了六個裝配工和裝配管道短讀序列技術(shù)產(chǎn)生的序列。在分箱挑戰(zhàn)中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評估了五個基因組結(jié)合物和4個分類學(xué)結(jié)合物，包括工具在恢復(fù)個體基因組方面的功效。最后，評估了10個具有不同參數(shù)設(shè)置的分類學(xué)分析器，以評估它們?nèi)绾晤A(yù)測微生物和環(huán)狀元素的身份和相對豐度?；鶞?zhǔn)測試結(jié)果可在https://data.cami-challenge.org/results上找到。

CAMI組織者已經(jīng)在計劃未來的基準(zhǔn)測試挑戰(zhàn)，例如評估和幫助長讀取測序技術(shù)的方法開發(fā)。“CAMI是一項持續(xù)的舉措，”Sczyrba指出。“我們目前正在進(jìn)一步自動化基準(zhǔn)測試和比較結(jié)果可視化。我們邀請所有有興趣的人加入并與CAMI合作，提供計算宏基因組學(xué)工具包的綜合性能概述，以告知開發(fā)人員當(dāng)前計算宏基因組學(xué)和應(yīng)用科學(xué)家的挑戰(zhàn)適合他們研究問題的軟件。“