‘Мы собираемся использовать математические модели и статистические методы, чтобы понять, почему и как смертельные, стойкие к препарату бактерии больницы возникают и распространяются’, говорит профессор Юкка Корандер в центре новой идеи Университета Осло, Большом Понимании. Норвежский Инновационный Центр был начат два года назад, профессором Арнольдо Фриджесси, для хруста огромных объемов данных, используя абсолютно новые статистические методы.
Изучение всех геномов бактерий теперь бросило открытые совершенно новые возможности для того, чтобы раскрыть их секреты. Это – это генетическое знание, что ученые используют, чтобы понять бактериальные эпидемии.Единственный бактериальный геном, как правило, состоит из нескольких миллионов стандартных блоков.
Отдельные стандартные блоки могут быть одним из четырех комплексов: аденин, тимин, гуанин и цитозин, обычно названный A, T, G и C. Заказ, в котором они собраны, является фактическим рецептом для генома.Проверка генов единственной бактерии недостаточно.
Ученые должны проверить гены тысяч бактерий, чтобы понять то, что делают отдельные гены и как население развивается.Набор данных быстро становится столь огромным, что не возможно интерпретировать посредством обычных вычислительных операций.Чтобы раскрыть секреты бактерий, статистики теперь разрабатывают совершенно новые математические методы для описания эволюции бактерий, как геномы изменяются со временем, и что затрагивает эти гены.Смертельные бактерии
Есть много смертельных бактерий больницы. Самым известным является тип золотистого стафилококка, названного MRSA. Эта бактерия, которой боятся, убивает 25 000 европейцев каждый год.С 1990-х определенные Enterococci вызвали серию серьезных эпидемий во многих больницах во всем мире.
Смертность может быть высокой. Enterococci составляют естественную часть микробиоматерии кишечника, но к сожалению также включают некоторые очень опасные разновидности. Как другие противные бактерии, они могут циркулировать от кишечника через кровь и заразить сердечные клапаны.И MRSA и некоторый enterococci мультиустойчивые к антибиотикам и поэтому очень трудные уничтожить.
У бактерий, к сожалению, есть способность, которой боятся, предупредить других их вида, передавая гены им, когда они подвергнуты нападению антибиотиков. Это называют горизонтальным переносом генов и делает бактерии больницы еще более трудными получить контроль над. Другими словами, бактерии могут одолжить гены друг от друга. Этот механизм дает им дополнительное сопротивление терапии антибиотиками.
В 2013, в то время как он был преподавателем в Хельсинкском университете, Юкка Корандер обнаружил, что больница enterococci напомнила бактерии у животных больше, чем бактерии в человеческой системе кишечника. Антибиотики используются экстенсивно в ветеринарии, и во многих странах все еще допустимо накормить животных антибиотиками, чтобы увеличить их массу мышц. Фермеры могут тогда принести инфекцию от своих животных в больницы.
‘Это – то, как некоторые эпидемии начались в странах с интенсивного сельского хозяйства, таких как Нидерланды и Дания’, заявляет Юкка Корандер журналу исследования Аполлон в Университете Осло.Он использовал свои математические методы, чтобы проанализировать, почему эти бактерии становятся более опасными и более заразными, деля их гены с другими бактериями.Бактерии туберкулеза
Два года назад Юкка Корандер опубликовал основное исследование о генетических изменениях в бактериях туберкулеза по своей природе Генетика. Полтора миллиона человек умирают каждый год от этого неприятного заболевания легких. Каждое третье лицо в мире – перевозчик. В бывших советских странах пропорция так же как половина.
Но это только, когда болезнь вспыхивает, что сами перевозчики становятся заразными.Ученые выполнили генетические тесты на бактериях от образцов слюны от тысячи больных туберкулезом. Статистики тогда смогли объяснить, почему эпидемия туберкулеза распространялась настолько быстро в России.
Бактерии стали дополнительными стойкий к препарату посредством процесса мутации.’Обычно становление стойким к антибиотикам происходит в дополнительную эволюционную стоимость для бактерий. Они растут более медленно и делятся более неэффективно. Мы обнаружили, что определенные мутации у бактерий противодействуют этому эффекту, так что в итоге они смогли и быть стойкими к препарату и вырасти точно также.
Это – огромное преимущество для бактерий, потому что они могут распространиться намного быстрее’, объясняет Корандр.Цель его исследования состоит в том, чтобы оптимизировать обращение с пациентами, которые заражены опасными бактериями больницы.
Много типов антибиотиков имеют серьезные побочные эффекты и должны поэтому только использоваться при необходимости. Иногда никакие антибиотики не эффективные.
‘Есть по крайней мере семнадцать различных антибиотиков против туберкулеза. Трактовка обычно – комбинация двух или трех различных наркотиков и может занять два года.
Мы знаем который бактериальная генная причина который устойчивость к лекарству. Генный тест позволяет больницам пропустить антибиотики, которые не эффективны’.Опасные бактерии в лагерях беженцев
Юкка Корандер, прежде всего, занялся расследованиями, как быстрые бактерии становятся стойкими к препарату, и где различные типы бактерий туберкулеза должны быть найдены.Одно из исследований от лагеря беженцев Карен, расположенного между Бирмой и Таиландом. Там он обнаружил огромные изменения у устойчивых к антибиотикам бактерий. Corander сравнил геномы 3 000 бактерий и нашел 20-процентное изменение в геномах отдельных бактериальных разновидностей.
Это – огромная разница. Генетические различия между людьми и шимпанзе, посредством сравнения, составляют только один процент.’Это показывает, как быстро бактериальная эволюция происходит. Большая часть эволюционных изменений – то, вследствие того, что бактерии одалживают гены друг от друга.
У них есть различные стратегии этого заимствования. У некоторых бактерий есть огромная мощность к заимствованию генов друг от друга и передачи генов другим, когда они подвергнуты селективному давлению, такому как антибиотики’.
Объединяя знание бактериальных генов, с которыми были предписаны типы антибиотиков, когда, Юкка Корандер смог использовать математические модели, чтобы вычислить назад вовремя к году или двадцать лет назад. Это позволило ему узнать, какие гены бактерии предоставили друг другу, когда, и вычислять, какие типы антибиотиков привели к который тип устойчивости к лекарству.
Объем данных был так огромен, что статистики использовали суперкомпьютер, управляющий двумя тысячами параллельных вычислений в течение двух целых месяцев, прежде чем они получили ответы. На обычном PC эти вычисления заняли бы 330 лет.Крупная потребность в вычислениях не пугает Юкку Корандера.
Он теперь занят, изучая набор данных, в десять раз больше на pneumococci бактериях. Это – сотрудничество с Институтом Sanger, около Кембриджа, Англия, которая является мировым лидером в бактериальном исследовании. Их специальность – то, как бактерии распространялись, и как они развиваются, чтобы стать еще более опасными.’В 2015 было 100 000 бактериальных последовательностей генома.
В этом году число один миллион. Объем данных взрывается. Через три года это будет в сто раз больше снова, и через пять – десять лет, возможно, в тысячу раз больше. Мы не можем отдохнуть.
У нас нет достаточно хороших алгоритмов для будущего. Сегодняшние алгоритмы слишком медленные. Чтобы проанализировать это огромное количество данных, мы должны разработать намного более быстрые алгоритмы’.
В противном случае ученые рискуют вычислениями, занимающими годы, или даже десять тысяч лет, прежде чем мы получим ответы.’Мы надеемся, что через несколько лет сделаем алгоритмы, которые так быстры, что мы можем выпустить предупреждение, когда новая эпидемия начинается, а не способность сказать, как это развивалось, как имеет место сегодня’, заявляет Юкка Корандер.
Если нам необходимо сделать еще лучшие исследования в будущем, основные данные должны также быть лучше.’Каждый раз, когда пациента допускают в больницу в Англии, генетические тесты на различные бактерии больницы выполнены. Если пациент заражен, весь геном бактерии больницы упорядочен. Это позволит на более позднем этапе определить наиболее вероятную причину инфекции и где это произошло.
Мы также будем в состоянии немедленно применить простую генную проверку, чтобы определить, какими стойкими к препарату бактериями пациент заражен. Сегодня требуется несколько дней, чтобы получить ответы.
Более быстрые ответы позволят пациентам пройти правильное лечение намного более быстро.Новые математические и статистические методы опубликованы в Интернете – и будут доступны всем.
‘Бактерии вызывают несколько миллиардов инфекций каждый год. Это часто – те же самые типы бактерий, которые убивают и калечат людей.
Наша цель состоит в том, чтобы уменьшить бремя болезни на простых людях, распространении инфекции и количестве болезней в мире’, подтверждает профессор Юкка Корандер в новом Крупном научно-исследовательском центре Понимания, который физически расположен в Медицинском факультете Университета Осло.