研究人员开发软件寻找抗药性细菌

2020-11-02 95细菌

华盛顿州立大学的研究人员开发软件寻找抗药性细菌。他们开发了一个简单易用的软件程序来识别细菌中的耐药基因。

该程序可以更容易地识别环境中存在的致命的抗菌素耐药菌。这类微生物每年在美国造成280多万例难以治疗的肺炎、血流和其他感染,以及3.5万例死亡,研究人员包括计算机科学博士毕业生Abu Sayed Chowdhury、电气工程和计算机科学学院的Shira Broschat和Paul G. Allen、全球动物健康学院的Douglas Call,在《科学报告》杂志上报告了他们的工作。

研究背景

当细菌或其他微生物进化或获得编码耐药机制的基因时,就会出现抗菌素耐药性(AMR)。引起葡萄球菌或链球菌感染或结核病和肺炎等疾病的细菌已经发展出耐药菌株,使它们越来越难以治疗,有时甚至无法治疗。随着细菌进化到 "智取 "有限的抗生素治疗方法,预计这个问题在未来几十年内将会恶化,感染、死亡和卫生成本增加。

"我们需要开发工具来轻松有效地预测抗菌素耐药性,这种耐药性日益威胁着世界各地的健康和生计,"论文的主要作者Chowdhury说。

随着大规模基因测序变得更加容易,研究人员正在寻找环境中的AMR基因。研究人员对微生物在土壤和水中生活的位置以及它们可能如何传播和影响人类健康感兴趣。虽然他们能够识别出与已知AMR抗性基因相似的基因,但他们可能缺少从蛋白质序列角度看非常独特的抗性基因。

研究人员开发软件寻找抗药性细菌

WSU研究团队开发了一种机器学习算法,利用AMR蛋白的特征而不是基因序列的相似性来识别AMR基因。研究人员使用博弈论(一种在多个领域,特别是经济学领域使用的工具)来模拟博弈者之间的战略互动,从而帮助识别AMR基因。研究人员利用他们的机器学习算法和博弈论方法,研究了遗传物质的几个特征的相互作用,包括其结构和蛋白质序列的生理化学和组成特性,而不是简单的序列相似性。

"我们的软件可以用来分析元基因组数据,比简单的序列匹配算法更深入,"Chowdhury说。"这可以成为识别新型抗菌素耐药性基因的重要工具,这些基因最终可能成为重要的临床基因。"

研究意义

研究人员开发软件寻找抗药性细菌,"这个项目的优点是,我们实际上可以在新测序的基因组中检测AMR,"Broschat说。"这是一种识别AMR基因及其流行率的方法,否则可能不会被发现。这真的很重要。"

WSU团队考虑了在梭菌、肠球菌、葡萄球菌、链球菌和李斯特菌的物种中发现的抗性基因。这些细菌是许多主要感染和传染病的原因,包括葡萄球菌感染、食物中毒、肺炎和艰难梭菌引起的危及生命的结肠炎。他们能够准确地对耐药基因进行分类,准确率高达90%。

他们已经开发了一个软件包,可以很容易地下载并被其他研究人员用来在大量的遗传物质池中寻找AMR。该软件还可以随着时间的推移进行改进。虽然它是在当前可用的数据上训练的,但随着更多数据和序列的出现,研究人员将能够重新训练算法。

"随着更多的正向数据变得可用,你可以引导和改进软件,"Broschat说。

引用

Washington State University. "Researchers develop software to find drug-resistant bacteria." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 July 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200706140843.htm.

上一篇下一篇