Исследователи из Технологического института штата Джорджия и американских Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC) недавно сравнили новую методологию с основанными на традиционной культуре методами с образцами от двух серьезных вспышек Сальмонеллы, обыкновенного болезнетворного микроорганизма пищевого происхождения. Подход метагеномики – который полагается на упорядочивающую ДНК и анализ биоинформатики получающихся упорядочивающих данных – не только правильно определенный бактериальный преступник, но также и нашел возможную коинфекцию со вторым важным болезнетворным микроорганизмом, Стафилококком.
Широкое использование новой методологии метагеномики ружья могло улучшить наблюдение болезни в реальном времени, предоставить лучшую количественную картину патогенного изобилия и помочь ученым, и врачи понимают ответ естественного микробиома тела. Поддержанный CDC и Национальным научным фондом, об исследовании сообщили 23 ноября в журнале Applied и Environmental Microbiology.
«Когда мы получаем образцы, мы можем двинуться непосредственно в характеристику их, упорядочив геномы микробов, которые находятся в образце, не ожидая обычных методов культивирования», объяснили Костас Константинидис, Карлтон Более дикий Адъюнкт-профессор в Школе Технологического института Джорджии Гражданского строительства и Инженерной защиты окружающей среды. «Используя вычислительный анализ, мы можем тогда сказать, что болезнетворный микроорганизм, и определите вариант, его факторы ядовитости, даже какой антибиотик мог бы быть эффективным против него. Это может обычно делаться в единственный день».Обычные методы, используемые для идентификации бактерий пищевого происхождения, включают культивирование микробы, чтобы увеличить числа, необходимые для обнаружения. Это занимает время, целых два или три дня, и некоторые бактерии не растут на СМИ традиционной культуры и могли скучаться.
Цепная реакция полимеразы (PCR) может также использоваться, чтобы определить патогенные бактерии, но она также полагается на изоляцию неизвестных микробов от культуры.Технология метагеномики уже использовалась, чтобы проанализировать микробное содержание всего от экосистем озера до питьевой воды в трубах. Оценка образцов от отдельных бактериальных вспышек в Алабаме и Колорадо – одно из самых первых применений методологии для диагностирования бактерий пищевого происхождения.
«Образцы кала очень сложны и содержат много различной ДНК от людей, здоровых бактерий и еды, которую Вы съели», объяснил Эндрю Хуан, доктор философии, микробиолог / bioinformatician в Брюшном Филиале Лаборатории Болезни CDC. «Процесс создания отпечатка пальца ДНК бактерий непосредственно от больного стула пациента похож на нахождение иголки в стоге сена всех видов ДНК. Из-за этого использование метагеномики для диагностики болезни находится на ранних стадиях научных исследований.
Однако это исследование показывает потенциал, чтобы использовать табуреты от здоровых и больных людей непосредственно, чтобы определить, кто вовлечен во вспышку, которая коренным образом изменит способ, которым мы обнаруживаем и контролируем для болезни пищевого происхождения в будущем».Метагеномика определяет подарок микробов, упорядочивая всю ДНК, существующую в образце и сравнивая геномные данные с базой данных известных микробов. В дополнение к идентификации бактерий, существующих в образцах, методология может также измерить относительное изобилие каждой микробной разновидности и их потенциала ядовитости, среди прочего.«В настоящее время самый продвинутый метод генетического фингерпринтинга, целый упорядочивающий геном, требует сначала выходить или изоляции в чистой культуре, бактерии, которые вызвали у человека отвращение, чтобы произвести отпечаток пальца», сказал Хуан, кто co-leads группа, работающая над независимой культурой и подпечать метагеномики. «Метагеномика отличается от целого генома, упорядочивающего, потому что это могло позволить нам упорядочивать всю ДНК в образце пациента.
Это могло позволить нам пропускать шаги изоляции и идти непосредственно от образца кала до очень подробного отпечатка пальца ДНК бактерий, которые вызвали у Вас отвращение. Этот метод экономит время и обеспечивает больше детали, которая могла быть полезной для диагностирования пациента и идентификации вспышки».
При двух исследованных вспышках 2013 года традиционная диагностическая техника и методология метагеномики достигли тех же самых ответов, но данные о метагеномике предоставили определенную информацию о бактериальном включенном фенотипе и определили вторичный болезнетворный микроорганизм золотистого стафилококка, существующий в двух из проверенных образцов. Знание определенного фенотипа может помочь в точном определении происхождения вспышки, в то время как информация о вторичной инфекции может помочь объяснить связанные факторы, такие как серьезность инфекции.Ученые также смогли исключить одну разновидность – кишечную палочку (или E. coli) – потому что существующий вариант не имел ядовитого типа.
Варианты этого, бактерии присутствуют естественно в микробиоме пищеварительного тракта (названный «сотрапезник Э. coli»), в то время как другие варианты – печально известные брюшные болезнетворные микроорганизмы. Метагеномика показала, что богатый E. coli население в образцах вспышки был, вероятно, комменсальным, и ее рост, возможно, был ускорен, когда условия стали более благоприятными во время инфекции Сальмонеллы. В этих двух оцененных случаях ученые смогли решить, что, хотя признаки были подобны, вспышки были вызваны различными вариантами Сальмонеллы и поэтому не были, вероятно, связаны.Целая половина вспышек болезни пищевого происхождения никогда не приписывается источнику.
Те вспышки могут быть вызваны новыми возбудителями инфекции, или микробами, не обычно замечаемыми в еде. Метагеномная методология могла помочь определить неизвестные микробы, потенциально обеспечив заблаговременное предупреждение новых вспышек.
«Не проходя методы культуры, мы в состоянии видеть все микробы, которые находятся в образце», сказал Констэнтинидис. «Мы можем получить эту информацию приблизительно через один день, который довольно важен в отборе правильного антибиотика, чтобы бороться с инфекцией, управление вспышкой и работа с производителями продуктов питания, чтобы вспомнить пункты, которые вызвали вспышку. Чем раньше у нас есть ответ, тем лучше».Хотя исследование подтвердило ожидаемые преимущества, две проблемы должны быть обращены, прежде чем новый подход может войти в широкое использование, сказал Констэнтинидис.
Первой является стоимость, которая может быть значительно выше, чем традиционные подходы, предположив, что тест метагеномики мог бы использоваться сначала в сложных случаях. Вторая проблема находится в удалении ДНК человека от образцов.
Вся ДНК должна быть упорядочена, но ДНК человека может составлять целых 99 процентов геномных данных, так удаление его из рассмотрения могло ускорить анализ.