當(dāng)新病毒或細(xì)菌傳播給人類時，必須盡快闡明其特殊特征。例如，為什么冠狀病毒對普通藥物有抗藥性?將來，新的大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助您在短時間內(nèi)識別出新的病毒和細(xì)菌菌株的特征。它通過將單個生物的基因組與一個物種的所有菌株的基因組進(jìn)行比較來做到這一點。此過程也可用于高度發(fā)達(dá)的生物，例如哺乳動物。比勒費爾德大學(xué)的新項目“ Pangaia”正在研究如何對在此過程中使用的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行排序和分析，以用于生物醫(yī)學(xué)。該大學(xué)是來自歐洲和北美的11個項目合作伙伴之一。歐盟將在三年內(nèi)向該項目提供114萬歐元的資金。
當(dāng)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家想要找出生物的遺傳物質(zhì)是否顯示出特定的變異時，他們通常使用參考基因??組。它們以顯示整個物種典型特征的方式組合了多個基因組。這使研究人員能夠?qū)⑿碌牧鞲胁《九c參考基因組進(jìn)行比較，該參考基因組概述了其起源的病毒株的典型特征。
在這些情況下，我們僅將兩個基因組相互比較-差異和相似性在計算機(jī)上相對容易識別。使用新方法，我們可以在一個步驟中將一個基因組與數(shù)千個其他基因組進(jìn)行比較?！?/p>
自2020年1月起擔(dān)任基因組數(shù)據(jù)科學(xué)工作組負(fù)責(zé)人的技術(shù)學(xué)院的亞歷山大·舒恩胡斯(AlexanderSch?nhuth)教授說：“到目前為止，計算機(jī)輔助的泛基因組學(xué)的問題一直是由于海量數(shù)據(jù)導(dǎo)致的透明度不足?！彼趨f(xié)調(diào)比勒費爾德的Pangaia子項目。像詹斯·斯托耶(Jens Stoye)一樣，他和他的團(tuán)隊正在比勒費爾德大學(xué)的生物技術(shù)中心(CeBiTec)進(jìn)行研究。
遺傳數(shù)據(jù)用字母A，C，G和T表示。這些代表核苷酸，即遺傳物質(zhì)的組成部分?；蚪M可以由數(shù)十億個這樣的信息單元組成。為了使它們更易于比較，可以將它們彼此相鄰顯示為“字母鏈”。這種傳統(tǒng)的基于序列的表示法如今已廣泛使用。Sch?nhuth說：“但是，由于有數(shù)百個比較基因組，需要花費大量時間才能逐步分析所研究的基因組與每個比較基因組的差異?！?/p>
這項新技術(shù)可以對同一生物的許多菌株進(jìn)行同時，整合的分析。這些可能是病毒，細(xì)菌，有時甚至是高等生物?！?Jens Stoye解釋說。``這使得可以強(qiáng)調(diào)單個成員之間的異同。就病原體而言，通常甚至有可能理解和預(yù)測導(dǎo)致特別是感染性菌株發(fā)展的過程。這項技術(shù)還可以用于檢測人類的遺傳性疾病或確定腫瘤中的哪些突變導(dǎo)致了強(qiáng)烈的異常生長。
Sch?nhuth說：“在接下來的幾年中，我們希望與我們的項目合作伙伴一起開發(fā)新的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以使計算機(jī)輔助的泛基因組學(xué)更快，更友好?！币粋€目標(biāo)是開發(fā)用于變異圖的算法。通過這些程序，計算機(jī)可以搜索比較基因組之間的相似性和差異，并以圖形方式顯示結(jié)果：“變異圖可以快速，高分辨率地區(qū)分病毒的致病性和無害變體，”Sch?nhuth說。尤其是，它們還使我們能夠鑒定出完全新穎的突變，例如那些可能在目前在中國流行的冠狀病毒變種中發(fā)生的突變，并導(dǎo)致了對常規(guī)藥物的耐藥性。”
Pangaia項目的全名是“泛基因組圖算法和數(shù)據(jù)集成”。它的運行時間為2020年1月至2023年12月。歐盟通過其Horizo??n 2020研究框架計劃資助Pangaia，米蘭大學(xué)(意大利)正在協(xié)調(diào)該項目。除了比勒費爾德大學(xué)以外，其他合作伙伴還有：荷蘭科學(xué)研究組織(NWO)，布拉迪斯拉發(fā)夸美紐斯大學(xué)(斯洛伐克)，Geneton(斯洛伐克)和Illumina Cambridge(英國)生物技術(shù)公司，巴斯德研究所(法國)，西蒙·弗雷澤大學(xué)(加拿大)，東京大學(xué)(日本)，康奈爾大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)(均為美國)。