Metagenomische sequencing-technieken maken de studie van microbiomen uit allerlei habitats mogelijk, en door dit te gebruiken om fagen te onderzoeken (bacteriofaaggenomen geïntegreerd in het circulaire bacteriële chromosoom) is de kennis uitgebreid van virussen die integreren in bacteriële genomen en hoe ze hun gastheren ten goede komen.

Flinders University Ph.D. kandidaat Laura Inglis - onderdeel van het Flinders Accelerator for Microbiome Exploration (FAME) lab, een interdisciplinaire onderzoeksgroep aan het Flinders University's College of Science and Engineering - heeft de voordelen uiteengezet in haar nieuwe onderzoek dat is gepubliceerd over het transformeren van fagen.

Het artikel "How Metagenomics Has Transformed Our Understanding of Bacteriophages in Microbiome Research", door Laura Inglis en Robert Edwards, is gepubliceerd in het tijdschrift Micro-organismen .

"Het microbioom is een essentieel onderdeel van de meeste ecosystemen, maar het was bijzonder moeilijk om microbioom uit allerlei habitats te bestuderen", zegt mevrouw Inglis. "Metagenomische sequencing verandert dit. Het is vooral handig voor het vinden van fagen uit veel verschillende omgevingscondities, maar veel genomen worden toegevoegd aan databases zonder de toevoeging van uitgebreide metadata.

"Als we deze reeksen automatisch kunnen sorteren in een omgevingsontologie, zouden deze reeksen nuttig kunnen zijn in toekomstige projecten, maar we hebben aanzienlijk meer hoogwaardige gegevens nodig om te bepalen hoe deze reeksen het beste kunnen worden gesorteerd."

Het toenemende aantal sequenties dat naar online databases wordt geüpload, heeft zowel voor- als nadelen. Het betekent dat er meer gegevens beschikbaar zijn voor gebruik, maar het beheren van zo'n enorme hoeveelheid gegevens wordt onhandelbaar.

"Er zijn veel uitdagingen bij het samenstellen van metanomen, maar het gebruik van machine learning voor automatische curatie kan een aantal van de problemen verlichten", legt mevrouw Inglis uit.

Fagen spelen een belangrijke rol in het microbioom van veel soorten en in verschillende omgevingen. Ze kunnen hun gastheer beschermen tegen dodelijke infecties en hun gastheer toegang geven tot nuttige genen zoals antimicrobiële resistentie of toxineproductie, maar de manier waarop fagen met hun gastheer omgaan, verandert afhankelijk van de omgeving.

"Verschillende factoren beïnvloeden of bacteriofagen lysis of lysogenie kiezen en verschillende hypothesen proberen te verklaren waarom sommige omgevingen hogere lysis- of lysogeniepercentages hebben", zegt mevrouw Inglis.

Veel studies hebben fagen in verschillende omgevingen en omstandigheden onderzocht, maar kijken slechts naar een paar verschillende omgevingen of omstandigheden tegelijk. Mevrouw Inglis zegt dat door gebruik te maken van het grote aantal online metagenomen een grotere studie zou kunnen worden uitgevoerd om de lysis- en lysogeniesnelheden in veel verschillende omgevingen tegelijk te onderzoeken, maar ze erkent dat problemen met het beheer van de genomen eerst moeten worden opgelost.

Onderzoekers hebben veel onderzoek gedaan naar fagen uit verschillende omgevingen en hypothesen ontwikkeld over welke factoren overlevingsstrategieën beïnvloeden, zoals de lytische/lysogene beslissing, hoewel er nog veel meer moet worden geleerd over hoe profagen onder verschillende omstandigheden met hun gastheren omgaan.

"Meer informatie over metagenomen en profagen zou veel inzichten kunnen opleveren in de gezondheid van mens en milieu, en een beter begrip van wat een gezond microbioom zou moeten zijn, kan ons in staat stellen om sneller of nauwkeuriger veranderingen in microbiomen te detecteren die een teken van ziekte kunnen zijn," zegt mevrouw Inglis.

Een probleem bij het gebruik van metagenomische gegevens met open toegang is dat reeksen die aan databases worden toegevoegd vaak weinig tot geen metagegevens hebben om mee te werken, dus het kan moeilijk zijn om voldoende reeksen te vinden. Veel metanomen zijn handmatig samengesteld, maar dit is een tijdrovend proces en is sterk afhankelijk van de nauwkeurigheid en grondigheid van de uploader bij het invullen van metadatavelden en de curatoren om met dezelfde ontologieën te werken.

Het gebruik van algoritmen om metagenomen automatisch te sorteren op basis van het taxonomische profiel of het functionele profiel kan een haalbare oplossing zijn voor de problemen met handmatig samengestelde metagenomen, maar het vereist dat het algoritme wordt getraind op zorgvuldig samengestelde datasets en het meest informatieve profiel gebruikt dat mogelijk is om om fouten te minimaliseren.

Het artikel van mevrouw Inglis over het darmmicrobioom is een van een van de zeven recente artikelen van het FAME-lab van Flinders University, waarbij de interdisciplinaire onderzoeksgroep toegang biedt tot bronnen voor microbioom en metagenomica die microbioomonderzoek helpen versnellen.

Andere belangrijke recente publicaties van het FAME-lab zijn onder meer het onderzoek van Vijini Mallawaarachchi naar een nieuwe bioinformatica-tool om genomen te assembleren uit multi-bacteriële genoomgegevens; doctoraat student Lias onderzoek naar microbiële functies voor de gezondheid van koralen (met medepromovendus Bhavya Papudeshi) en haar review van de ecofysiologie van een enkele koraalsoort in de huidige omgevingscondities van Caribische koraalriffen; en Ph.D. student Susie Grigson over het gebruik van geavanceerde wiskunde en informatica met biologie om microben te helpen begrijpen en wat ze doen.

Het FAME-lab is opgericht door Robert Edwards, Matthew Flinders Fellow in Bioinformatics, die de computationele analyse van DNA-sequenties geassocieerd met het microbioom coördineert, samen met Elizabeth Dinsdale, Matthew Flinders Fellow in Marine Biology, wiens onderzoek genomica gebruikt om de biodiversiteit en ecologie van microben en virussen op koraalriffen, kelpwouden en haaienepidermis. + Verder verkennen

Onderzoekers identificeren nieuwe bacteriën en virussen op de menselijke huid