Naukowcy z MCB autorami pierwszego porównania platform do sekwencjonowania mikrobiomu jelitowego

Dane z różnych platform sekwencjonowania można bezpiecznie łączyć w badaniach taksonomicznych – to dobra wiadomość dla nauki. Diabeł tkwi jednak w szczegółach, a dokładniej w analizie funkcjonalnej mikroorganizmów. Badacze z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ dowodzą, że pozorne oszczędności na etapie przygotowania próbek mogą bezpowrotnie zniszczyć cenne informacje medyczne.

Choć identyfikacja konkretnych gatunków bakterii na różnych urządzeniach przebiega bez zakłóceń, obraz komplikuje się, gdy chcemy dowiedzieć się, co te mikroorganizmy potrafią – np. jakie ścieżki metaboliczne aktywują lub czy posiadają geny oporności na antybiotyki. Naukowcy zidentyfikowali systematyczne różnice w wynikach, które nie wynikają z samych sekwencjatorów, ale ze sposobu przygotowania materiału do badań.

Mowa o tzw. wysokim multipleksowaniu, czyli jednoczesnym sekwencjonowaniu zbyt wielu próbek na jednym instrumencie. Ta powszechna praktyka, choć drastycznie obniża koszty, niesie za sobą ogromne ryzyko. Zmniejsza bowiem głębokość i równomierność pokrycia danych. W efekcie rzadkie, ale kluczowe biologicznie geny mogą zostać całkowicie pominięte.

Wnioski te mają fundamentalne znaczenie dla przyszłości medycyny. Nauka o mikrobiomie błyskawicznie zmierza w kierunku zastosowań klinicznych – od terapii spersonalizowanych po globalny monitoring oporności na antybiotyki (AMR). W takich badaniach kluczowa jest zdolność do niezawodnego wykrywania funkcji drobnoustrojów, a nie tylko samej ich obecności.

Konieczna jest zatem ponowna ocena tego, jak projektuje się eksperymenty. Badacze apelują do środowiska naukowego: odpowiednia głębokość pokrycia próbek musi stać się priorytetem, ważniejszym niż cięcie kosztów poprzez nadmierne multipleksowanie.

Odkrycia krakowskich bioinformatyków wpisują się w szerszy kontekst międzynarodowych projektów. Wyniki te są zbieżne z wcześniejszymi pracami prof. Pawła Łabaja, prowadzonymi w ramach konsorcjów US FDA MAQC/SEQC oraz Massive Analysis and Quality Control Society. To tam współdefiniował on ograniczenia profilowania ekspresji genów. Okazuje się, że w badaniach metagenomicznych zasada pozostaje ta sama: technologia u podstaw jest identyczna, a błędy w projektowaniu dają podobne, negatywne skutki.

Autorzy publikacji posiadają niemal dwudziestoletnie doświadczenie w tworzeniu zbiorów referencyjnych i otwartych zasobów danych w ramach Critical Assessment of Massive Data Analysis (CAMDA). Ich praca, która początkowo skupiała się na mikrobiomie miejskim (realizowanym z International MetaSUB Consortium, gdzie prof. Łabaj zasiada w radzie dyrektorów), dziś – dzięki zaangażowaniu dr Zielińskiej – wyznacza nowe standardy (benchmarking) w analizie mikrobiomu jelitowego.

Dla globalnej społeczności naukowej te wyniki to nowy punkt odniesienia. Dostarczają one konkretnych wytycznych opartych na twardych danych. Pomogą one badaczom na całym świecie lepiej projektować eksperymenty, w wiarygodny sposób łączyć bazy danych i skuteczniej przekładać odkrycia laboratoryjne na praktyczne rozwiązania w ochronie zdrowia.

Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Estońską Radę ds. Badań Naukowych.