Istraživanje u 60 gradova širom svijeta pokazalo: nove vrste virusa i bakterija su svuda oko nas

Iz uzoraka prikupljenih u sustavima javnog prijevoza i bolnica širom svijeta između 2015. i 2017. istraživači su otkrili čak 12.000 dotad nepoznatih bakterija i virusa
U pune tri godine, između 2015. i 2017., istražitelji Međunarodnog konzorcija MetaSUB, predvođeni stručnjacima Medicinskog fakulteta Weill Cornell prikupili su gotovo 5.000 uzoraka u 60 gradova iz 32 zemlje na šest kontinenata.
Metoda sačmarice
Uzorci su analizirani tehnikom sekvenciranja genoma zvanom metoda sačmarice kako bi otkrili prisutnost različitih mikroba, uključujući bakterije, arheje (jednoćelijski organizmi koji se razlikuju od bakterija) i viruse koji koriste DNK kao svoj genetski materijal. Druge vrste virusa koji koriste RNK kao svoj genetski materijal, poput SARS-CoV-2, ne bi bile otkrivene metodama DNK analize korištenim u ovoj pretpandemijskoj studiji.)
Studija, objavljena u časopisu Cell pokazala je da je tom prilikom otkriveno čak 10.928 virusa i 748 bakterija koje dotad nisu prisutne ni u jednoj referentnoj bazi podataka.
"Svaki put kad sjednete u podzemnu, vjerojatno putujete s potpuno novom vrstom", kaže dr. Christopher Mason, profesor fiziologije i biofizike i suvoditelj WorldQuant inicijative za kvantitativno predviđanje.
Veliki izazov
Prikupljanjem uzoraka mikroba i analizom njihovih gena, poznatih kao mikrobiom, istraživači se nadaju da će saznati više o bakterijama, virusima i drugim mikroorganizmima koji žive među ljudima. Na primjer, istraživanje može pomoći u identificiranju pojave sojeva otpornih na antibiotike.
Predviđati rezistenciju na antibiotike samo iz genetskih sekvenci veliki je izazov, ali istraživači su uspjeli mapirati neke gene za koje se zna da su povezani s rezistencijom, kvantificirati njihovo obilje i potvrditi sposobnost genetskih markera da pruže rezistenciju. Otkrili su da neki gradovi imaju više otpornih gena od drugih i da za neke od tih gena mogu postojati potpisi specifični za pojedine gradove.
"Iako su potrebna daljnja istraživanja, ovaj skup podataka pokazuje vrijednost i potencijal za mapiranje i praćenje mikrobioma i uvide koje može pružiti liječnicima, znanstvenicima i službenicima javnog zdravstva", ističu istraživači.
Štoviše, učenje o malim molekulama i proteinima koje stvaraju mikrobi moglo dovesti do otkrića novih antibiotika, kao i drugih molekula koje bi se mogle razviti kao lijekovi. Mnogi trenutno korišteni antibiotici i lijekovi dobiveni su iz mikrobnih izvora.
Točnost oko 90 posto
Otkrića o novim mikrobnim vrstama mogla bi dovesti i do novih laboratorijskih alata i pristupa, poput novih načina upotrebe alata za molekularno uređivanje poznatog kao CRISPR. U ovoj studiji istraživači su pronašli 838.532 nova niza isječaka virusne DNK unutar bakterija i 4,3 milijuna novih peptida, malih proteina.
Istraživači kažu da se s približno 90% točnosti može predvidjeti gdje neka osoba živi, samo sekvenciranjem DNK na cipelama. Utvrđeno je da mnogi faktori utječu na mikrobiom grada, uključujući ukupnu populaciju i gustoću naseljenosti, nadmorsku visinu, blizinu oceana i klimu. Nalazi o tim različitim potpisima mogli bi omogućiti buduće forenzičke studije.
Mikrobiom sadrži molekularne odjeke mjesta na kojem je sakupljen. Obalni uzorak može sadržavati mikrobe koji vole sol, dok uzorak iz gusto naseljenog grada može pokazati zapanjujuću biološku raznolikost.
Prvi uzorci mikroba u sustavu podzemne željeznice u New Yorku počeli su se prikupljati još 2013. godine, a prva otkrića objavljena su u PathoMap. Ovo istraživanje potom se proširilo svijetom i tako je nastao već spomenuti MetaSUB.
Obrada podataka pomoću superračunala
Danas MetaSUB nastavlja rasti i proširio se na prikupljanje uzoraka RNK i DNK iz zraka, vode i kanalizacije te s tvrdih površina. Počelo je sa 16 gradova, a danas postoje podaci za više od 100 gradova. Sekvencirane su otpadne vode i praćeni virusi u Floridi, New Yorku i Wisconsinu, provedena je sveobuhvatna mikrobiološka analiza Rio de Janeira prije, tijekom i nakon ljetnih olimpijskih igara 2016. godine.
Iako se uzorci prikupljaju po cijelom svijetu, velik dio analize obavlja se na Weill Cornell Medicine u New Yorku, a k u radu se koriste i superračunala Bridges i Bridges-2 te Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) u Pittsburgh Supercomputing Centru.
Istraživači MetaSUB-a iz Švicarske koristili su ove sklopove i sirove podatke za izgradnju pretraživog, globalnog portala DNA sekvenci MetaGraph koji je indeksirao sve poznate genetske sekvence, uključujući podatke MetaSUB-a. Portal mapira sve poznate ili novootkrivene genetske elemente na Zemlji i može pomoći u otkrivanju novih mikrobnih interakcija i njihovih funkcija.