WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«Тяхт А.В. группа биоинформатики НИИ физико-химической медицины ФМБА России 55-я Всероссийская молодёжная научная конференция с международным участием «Современные ...»

Методы анализа метагенома

микробиоты человека

Тяхт А.В.

группа биоинформатики

НИИ физико-химической медицины ФМБА России

55-я Всероссийская молодёжная научная конференция с международным участием

«Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук

»

Всероссийская молодежная научная школа

«Проблемы медицинской биоинформатики»

в рамках фестиваля науки (Школа ПМБ)

19-26 ноября 2012 г., Долгопрудный

• Метагеном - совокупность генетического материала

микроорганизмов, полученного напрямую из среды.

• Метагеном - совокупность генетического материала микроорганизмов, полученного напрямую из среды.

• Метагеном - совокупность генетического материала микроорганизмов, полученного напрямую из среды.

• Метагеном - совокупность генетического материала микроорганизмов, полученного напрямую из среды.

Биологические объекты

• Бактерии, археи

• Вирусы

• Эукариоты (грибки, дрожжи,…) Биологические объекты

• Бактерии, археи

• Вирусы

• Эукариоты (грибки, дрожжи)

• Хозяин!

Биологические объекты

• Бактерии, археи

• Вирусы

• Эукариоты (грибки, дрожжи,…)

• Хозяин!

• Лабораторные загрязнения Основные задачи метагеномики Кто здесь?

Что они делают?

Основные задачи

метагеномики Кто здесь?

Таксономический состав Что они делают?



Функциональный состав Основные задачи метагеномики Кто здесь?

Таксономический состав Применение в медицине Что они делают?

Функциональный состав Методы определения бактериального состава

• По наличию культивирования

– Культурно-зависимые

• Бактериальный посев Методы определения бактериального состава

• По наличию культивирования

– Культурно-зависимые

• Бактериальный посев Методы определения бактериального состава

• По наличию культивирования

– Культурно-зависимые

• Бактериальный посев

• Изоляция отдельного вида Методы определения бактериального состава

• По наличию культивирования SOLiD

– Культурно-зависимые

• Бактериальный посев

• Изоляция отдельного вида

– Культурно-независимые

• ДНК-секвенирование Ion Torrent Illumina Типы метагеномного секвенирования различаются:

• По составу

– Маркерные гены (16S rRNA и др.)

– Полногеномное (shotgun = whole-genome = WGS)

• По производительности

– По Сенгеру (метод «обрыва цепи»)

– Высокопроизводительное (high-throughput sequencing) – Illumina, SOLiD, 454, Ion Torrent, …

• По длине ридов (ДНК-прочтений)

– Длинные (400-1000 пн)

– Короткие (35-100 пн) Анализ микробного состава с помощью секвенирования последовательностей 16S рРНК

• Длина около 1500 пн

• Выделяется из тотального ДНК с помощью «универсальных» праймеров к высоко консервативным участкам

• Секвенируется целиком либо вариабельные области V1-V3, V3-V5, V4

• Внутривидовое сходство сиквенса 98-99%

• Для эукариот можно использовать 18S рРНК.

Анализ микробного состава с помощью секвенирования последовательностей 16S рРНК

• Длина около 1500 пн

• Выделяется из тотального ДНК с помощью «универсальных» праймеров к высоко консервативным участкам

• Секвенируется целиком либо вариабельные области V1-V3, V3-V5, V4

• Внутривидовое сходство сиквенса 98-99%

–  –  –

• Листья – операционные таксономические единицы, OTU

• Взвешенные/невзвешенные деревья Сравнение бактериальных сообществ

1) Больше или меньше разнообразие? (число листьев)

2) Метрика сходства - ?

Евклидова не подходит (распределение численности не нормально).

Учет структуры дерева жизни: UniFrac (“unique fraction”) QIIME software

–  –  –

• Специфичность праймеров

– Частичное решение: «Коктейль праймеров»

• Разное число копий 16S на геном

• Технические артефакты:

– Риды-химеры (решение: ChimeraSlayer, …)

– Риды-дубликаты (решение: поиск и отбрасывание копий)

• Неоднозначность классификации (структуры филогенетического дерева)

– Пример: ветвь Clostridiales 16S секвенирование неадекватно представляет соотношение численности микроорганизмов 22 вида бактерий смешаны в равных долях по числу клеток, секвенированы несколько раз:

–  –  –

300-1000 видов бактерий

Число клеток ~ 1015:

на 2 порядка раз больше, чем клеток человека

Число генов в метагеноме ~ 106:

Qin et al, 2010 Проект «Микробиома человека» (Human Microbiome Project), США

- 18 точек на теле

- референсный каталог секвенированных геномов (более 600)

- метаболическая реконструкция

- поиск функциональных маркеров заболеваний

–  –  –

• Инструменты

– Секвенатор SOLiD: полногеномное секвенирование ДНК микробиоты кишечника человека (кал), короткие риды 50 пн

– Вычислительный кластер НИИ ФХМ • 12 выч узлов по 64-256 Гб ОЗУ, 6 Тфлопс

• БД-сервер

• Некоторые из целей исследования:

– Выявление особенностей таксономического и функционального состава микробиоты населения РФ

– Сопоставление с социальногеографическими, медицинскими диетическими и другими факторами

– Рассмотрение в мировом метагеномном контексте (США, Европа) География выборки

–  –  –

• Основной подход: картирование ридов на референсные последовательности:

– Предфильтрация ридов (ДНК человека, низкокачественные риды)

– Геномы кишечных микробов (более 440 шт) – таксономический состав на уровне родов

– Каталог генов микробиоты кишечника (3,3 млн) – функциональный анализ Российский метагеном в мировом контексте Бактериальный состав, изображенный с помощью многомерного шкалирования (3D non-linear MDS based on UniFrac, X3 vs X1 and X2 vs X1 projections

Особенности метагенома РФ:

- Есть новые моды микробного состава

- Некоторые образцы схожи с аборигенскими (как таксономически, так и на уровне ферментов) USA Denmark Russia Malawi Venezuela Кластеризация метагеномов по составу PAM clustering Как выбрать число кластеров?

– Индекс Calinski-Harabasz РФ: 2-3 кластера, похожие на энтеротипы, но с низкой достоверностью

Кластеризация с bootstrapping-валидацией:

3 скопления…

–  –  –

• Используем непараметрические методы, например:

– Корреляция по Спирмену (вместо Пирсона)

– Тест Манна-Уитни (вместо t-теста) Функциональный анализ Гены из референсного каталога имеют аннотацию (COG, KEGG, GO, …) Покрытие – оценка представленности генов и их функциональных групп Гомеостаз микробиоты: у субъектов разные микробы, но схожий общий метаболизм

Похожие работы:

«1 Министерство образования Российской Федерации СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Заместитель Министра Заместитель Министра здравоохранения Российской образования Российской Федерации Федерации Т.И.Стуколова В.Д.Шадриков 09....»

«УТВЕРЖДЕНА Приказом председателя Комитета контроля медицинской и фармацевтической деятельности Министерства здравоохранения и социального развития Республики Казахстан от "18" февраля 2014 г. № 122 Инструкция по медицинскому применению лекарственного средства Нолипрел Аргинин Торгов...»

«Дары Артабана Действующие лица: Ведущий Артабан, мудрец восточной страны, звездочет Его слуга Друзья Артабана Больной еврей Девушка Женщина с ребенком Солдаты Мария Иосиф Голос с небес Занавес закрыт. Звучит рождественская мелодия. В дни царя И...»

«Bulletin of Medical Internet Conferences 20 2011. Volume 1. Issue 7 ID: 2011-07-1151-R-1365 Обзор Русина Н.А. Психологические основы психосоматики (Психотерапевтические мишени в работе с пациентом психосоматической клиники) ГБОУ ВПО Ярославская государственная медицинск...»

«KDIGO Clinical Practice Guideline 2012 for Anemia in Chronic Kidney Disease Практические Клинические рекомендации KDIGO по анемии при хронической болезни почек 2012 Перевод с английского А.Ю. Земченкова под редакцией Е.В. Захаровой Перевод выполнен по поручению и одобрен KDIGO Практические рекомендации KDIGO по анемии при хро...»

«ИНСТРУКЦИЯ по применению лекарственного препарата для медицинского применения ® Ярина Плюс Регистрационный номер: ЛП-001186 ® Торговое наименование препарата: Ярина Плюс Международное непат...»

«Dentplan Автоматизация стоматологической клиники Dentplan – простое решение для автоматизации повседневных задач стоматологической клиники, которое работает на любом устройстве, подключённом к сети Интернет: настол...»

«Оценка и мониторинг проектов разработки высокотехнологичных изделий на примере микроэлектроники А. А. Лебедев, А. П. Рыжов Введение На сегодняшний день в различных областях человеческой деятельности, будь то медицина, политология, маркетинг или менеджмент, возни...»

«Крымский Федеральный Университет им. В.И. Вернадского Таврическая академия Автор: Максим Кочкин Окаянные дни Вернадского Как во время гражданской войны в Крыму рождаласьнаука будущего Накануне "Красного террора" в Крыму, в январе 1920 года, на переименованном теплоходе...»










 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.