微生物的DNA搜索引擎 网络和基因组学交汇之处

来自EMBL-EBI(欧洲生物信息学研究所)的研究人员结合了细菌遗传学和网络搜索算法的知识，建立了一个微生物数据的DNA搜索引擎。发表在《自然生物技术》上的一篇论文中描述的搜索引擎可以使研究人员和公共卫生机构利用基因组测序数据来监测抗生素耐药基因的传播。通过使大量数据可被发现，搜索引擎还可以让研究人员了解更多关于细菌和病毒的信息。

微生物搜索引擎

这种名为比特切片基因组签名索引(BigSI)的搜索引擎实现了与互联网搜索引擎(如Google)类似的目的。

微生物DNA测序的数量每两年翻一番。到目前为止，还没有实际可行的方法来搜索这些数据。

这种类型的搜索对于了解疾病非常有用。例如，食物中毒的爆发是由含有耐药质粒(一种可以在不同细菌物种之间传播耐药性的“搭便车”DNA元素)的沙门氏菌菌株引起的。BIGSI首次允许研究人员轻松地发现质粒是否被发现以及何时被发现。

谷歌和其他搜索引擎使用自然语言处理来搜索数十亿个网站。他们可以利用人类语言相对不变的事实。相比之下，微生物DNA显示了数十亿年进化的印记，因此每一个新的微生物基因组都可以包含前所未见的新“语言”。让BIGSI发挥作用的关键是找到一种方法，建立一种能够应对微生物DNA多样性的搜索索引。

传染病监测

“我们受到传染病和抗生素耐药性管理的驱动，”EMBL-EBI研究小组负责人扎明伊克巴尔解释说。“我们知道细菌可以通过突变或在质粒的帮助下对抗生素产生耐药性。我们还知道，我们可以利用细菌DNA的突变作为细菌谱系的历史记录。这使我们能够在某种程度上推断细菌是如何传播到医院病房、国家或世界的。BIGSI帮助我们大规模地研究所有这些东西。这是科学家第一次可以提出诸如“你以前见过这种爆发菌株吗？“诸如此类的问题。或者“这种耐药基因会传播到新物种吗？" .

快速简单的搜索

“这个搜索引擎补充了其他现有的工具，并提供了可以扩展到我们现在生成的大量数据的解决方案，”EMBL-EBI大学的生物信息学家Phelim Bradley解释说。“这意味着随着数据量的持续增长，搜索将继续发挥作用。事实上，这是我们必须克服的最大挑战之一。我们可以开发一种可以被互联网使用的搜索引擎连接。”

“随着DNA测序越来越便宜，我们将在基础研究之外看到一个全新的用户群，产生的数据量也将迅速增加，”伊克巴尔继续说道。

“我们可能会在诊所或现场使用DNA测序来诊断患者和开处方，但我们也可以看到它用于其他一些事情，例如检查汉堡中的肉类类型。此时，搜索基因组学数据是必不可少的，这将使我们能够了解许多关于生物学、进化、疾病传播等方面的知识。”

我们为什么关心微生物？

微生物是一种太小而不能用肉眼看到的生物，需要用显微镜观察。“微生物”是一个通用术语，用来描述不同类型的生命形式，包括细菌、病毒、真菌等。

少数微生物，主要是一些特定类型的细菌和病毒，是传染病的病因。当细菌可以在抗生素治疗中“存活”时，它们对患者来说就变得极其危险。这种情况在世界各地越来越多，被称为抗生素耐药性。

通过比较各种细菌的DNA，我们可以开始了解它们是如何相关的，并研究抗生素耐药性在地理和物种中传播的动力学。例如，DNA分析可以帮助我们预测某种结核菌株的危险程度，以及特定菌株可能对哪种药物产生反应。

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