让基因组学发挥作用

Wellcome Trust Sanger研究所基因组病原体监测中心主任、伦敦帝国理工学院教员大卫·阿纳森(David Aanensen)是另一位开发工具来帮助理解基因组数据新财富的研究人员。正如他向凯特·阿尼(Kat Arney)解释的那样，他开发了一个名为Microreact的智能在线平台，任何人都可以在这个平台上输入有关细菌或病毒等病原体的DNA信息，跟踪它们如何在世界各地传播，甚至找出它们可能对哪些治疗产生抗药性。

大卫:嗯，我认为媒体非常关注的一个关键挑战是抗菌素耐药性，也就是说，对特定细菌种类的抗生素的耐药性正在出现和增加。显然，我们需要做的是了解哪些菌株具有耐药性，它们是如何获得耐药性的，以及它们是如何以及在何处传播的。如果我们能够尝试识别并了解它们是如何传播的，以及它们在哪里传播——是从人类传染给动物，是从动物传染给人类，还是来自不同的宿主?这些宿主会在个人之间、国家之间等传播吗?如果我们能尝试了解这些抗微生物细菌的全球传播，我们就能尝试追踪它们，并阻止它们的传播。

凯特-你是怎么做到的?你们有哪些工具?

大卫:嗯，我们试着看看全基因组测序的使用。所以如果你能对一群细菌取样，然后对它们的基因组进行排序，你就可以比较基因组彼此之间的相似程度。您可以使用它来将它们之间的关系描述为家谱。如果我们观察基因组之间的相似程度，以及这些基因组是否也对特定抗生素具有耐药性，我们就可以联系这些细菌在哪里，或者这些细菌感染了谁，以及我们是否可以利用这些信息来了解谁在传播给谁。

所以，如果你在巴黎和开罗发现了相关的细菌，这可能会告诉你，细菌是从开罗传播到巴黎的，或者是从巴黎传播到开罗的，或者类似的情况。

大卫:这些是人们可能做出的一些推论。我们尝试做的是使用所谓的生物信息学这是一种观察序列的计算方法来比较事物之间的相似程度。一旦我们有了这些家谱，我们就可以看看更密切相关的分离株是否可能来自同一个地方或不同的地方。我们可以利用这些信息来推断它是否可能从一个国家传播到另一个国家，或者从一个地区传播到另一个地区。我们还可以在基因组中寻找基因或基因组特征的存在。如果这些特征存在，它就给了我们一个迹象，表明这种菌株可能对某种特定的抗生素有抗药性。能够在全球范围内做到这一点意味着我们可以尝试并关注抗菌素耐药性的出现，以及它在地方、国家和国际上的传播。如果我们能做到这一点，那么我们就可以尝试确定出现的情况，然后阻止它的传播。

Kat:我们怎么收集这些数据呢?我们如何收集和收集世界各地的细菌?

大卫-医院。人们来到医院，给病人取样。大多数情况下，如果你去医院，你有细菌感染，那么会有一些方法来确定它是什么物种。但你也可以做标准的抗菌素耐药性测试。这包括给细菌抗生素，看看有多少细菌被杀死，这给你一个指示，你是否可以使用抗生素来治疗病人。如果我们使用全基因组测序，那么我们会从测序仪得到一串字母的读数——a、C、Ts和Gs。这是数字信息，因此可以很容易地存储在数据库中。这些数据库可以很容易地通过互联网获得，这意味着世界上任何人基本上都可以几乎实时地访问这些信息。然后我们可以在直觉解释和可视化方法的基础上进行构建。所以你可以在网上种树。 You can add genomes from different countries to the same database and then we can enable anybody in the world to view the data as soon as it is produced. So we try and build methods on top of genomic sequence data that enable the information to be democratised, to make it universally accessible and available to anybody to identify whether they have more similar genome to ones that have been seen before.

凯特:你可以想象一下，世界卫生组织、英国国民健康服务体系或美国疾控中心的某个人说:“我想知道这种细菌是如何传播的，或者今年流感病毒或寨卡病毒是如何传播的。”你有可视化工具，他们可以做到这一点吗?

大卫:没错。这就是我们想要生产的。我们正在尝试开发开放获取系统，使世界上任何地方的序列数据都能得到整理，任何有专业知识的人都能获得这些序列数据，试图了解这些数据的情况。所以这显然是适用的，例如在英国，英国公共卫生部，了解传播他们目前正在使用基因组测序来了解胃肠道感染和其他细菌的传播。美国疾病控制与预防中心，以了解美国境内的传播情况，当然，还有世界卫生组织的水平。基因组流行病学已被用于了解埃博拉病毒和寨卡病毒的传播。有一些行动和努力，实际上是为了制造这种类型的系统来对付这些错误。

凯特:如果人们、公民、公众都想参与进来呢?因为我们身上肯定布满了各种细菌，到处都是细菌。有没有什么方法可以让人们收集细菌并帮助追踪呢?

大卫-我觉得那样很好。如果我们能监测健康人群的情况那就太好了。所以如果我们都携带细菌，在肠道或皮肤上。一个典型的例子是金黄色葡萄球菌，我们很多人的皮肤上都有金黄色葡萄球菌，它在进入血液之前不会引起疾病。如果我们能监测健康人群的情况，我们就有可能利用这些信息发现可能对公众健康构成更大风险的事物的出现。所以实际上，你可以用棉签擦拭自己，把它送到某个地方，进行基因组测序。如果世界上任何人都能获得这些背景数据，从而将新信息与环境联系起来，那就太棒了。我们需要做的是免费提供基因组测序仪。

凯特——我喜欢做细菌游客的想法——只要在我不在的时候去任何地方擦拭。

大卫-那太酷了。也许这不是向人们推销假期的最佳方式，但如果能够做到这一点，那将是一件很棒的事情。

来自威康基金会桑格研究所的Kat - David Aanensen。如果你有任何细菌基因组想要分析，你可以用Microreact来玩一玩microreact.org

印度有超过10亿人口，更不用说散居世界各地的人口，这种全球基因合作在未来只会变得更加重要。剑桥欧洲生物信息学研究所所长、全球基因组学与健康联盟主席伊万·伯尼(Ewan Birney)表示，正如凯特·阿尼(Kat Arney)所发现的，潜在的好处是巨大的。

尤恩:嗯，这真的很令人兴奋。其中一个原因是因为DNA测序变得非常便宜，我们现在可以在医疗保健中使用它。在此之前，我们只在研究背景下对少数人进行了测试。现在，人们可以被测序，因为他们被怀疑患有某种特定的遗传疾病。但这也意味着我们必须意识到所有研究的好处。我们必须能够在我们的医疗系统之间共享这些数据。不仅是研究人员之间，而且是不同国家的人们之间，他们有着不同的医疗保健、规则和制度。这就是全球基因组学与健康联盟真正发挥作用的地方。全球联盟的目标是建立像互联网这样的网络协议，用于基因组数据共享，但负责任的基因组数据共享，数据通常在每个国家的法律保护下驻留在居住国境内。

Kat -格式有问题吗?我的意思是，我们中的一些人会记得这样的问题:“哦，这是在Mac上，这是在PC上……哦，我无法传输这些文件。”DNA也有同样的问题吗?

尤恩:有。这些问题都是工程和移除的问题。他们确实会碍事，但这不是大问题。更大的问题是系统的规模——这是拍字节，艾字节的规模——这是一个物理规模的数据问题。但也有与每个不同国家的法律模式的相互作用。根据我的经验，每个国家都尊重研究的价值和分享对创造更好的人类健康研究的重要性，他们对此持积极态度。但是当你谈论整个人口，整个丹麦，整个英国，整个法国，你必须对这些国家之间的数据共享采取负责任的态度，研究人员必须适应一个系统，这个系统仍然允许研究，但要以负责任的方式将他们的代码转移到数据站点，而不是共享数据。

Kat - Ewan Birney来自欧洲生物信息学研究所。