Neues Tool nutzt die Web- und Supercomputern zu verfolgen Erreger Als sie sich entwickeln

Krankheitserreger können nun einfach in Raum und Zeit verfolgt werden , wie sie sich entwickeln, eine Vorauszahlung , die sowohl die öffentliche Gesundheit zu revolutionieren und informieren die nationale Sicherheit im Kampf gegen Infektionskrankheiten könnte . Entwickelt von Forschern , die Wissenschaftler am American Museum of Natural History gehören Supramap wird eine neue, leistungsfähige , web - basierte Anwendung, die genetische Mutationen Karten , wie sie unter den verschiedenen Stämmen Vogelgrippe auf der ganzen Welt. Die neue Anwendung wird in der frühen Online-Ausgabe veröffentlicht Cladistics .

" Supramap tut mehr , die Punkte setzen auf eine Karte - es ist die Evolution eines Erregers verfolgen ", sagt Daniel A. Janies , erster Autor des Papiers und ein Junior-Professor an der Ohio State University. " Wir verpacken die Werkzeuge in einem einfach zu bedienende Web-basierte Anwendung , so dass Sie nicht brauchen, einen Doktortitel in der Evolutionsbiologie und Informatik , um die Flugbahn und die Übertragung einer Krankheit zu verstehen . "

"Dieses Tool hat auch eine Menge von Vorhersagekraft ", sagt der Hauptautor Ward Macher, Kurator in der Abteilung für Wirbellose Zoologie an der American Museum of Natural History. " Wenn die Bewegung eines Erregers ist mit Vogelflugroutenbezogen , und diese Wege sind wegen so etwas wie den Klimawandel verschieben , können wir vorhersagen , wo die Krankheit könnte logisch entstehen nächsten . "

In den letzten Jahren ist die Sammlung von genomischen Sequenzen der Coronavirus dass Ursachen Severe Acute Respiratory Syndrom (SARS) und verschiedenen Stämmen des Grippe Ein Virus haben sich zu einem wichtigen Teil des Kampfes gegen Ausbrüche dieser Infektionskrankheiten. Der anfängliche Sprung eines Erregers auf den Menschen immer wichtiger geworden , weil der wachsende Mensch-Tier Kontakt und globalen Reise verstehen . Forscher wissen jetzt , zum Beispiel, dass SARS hat eine tiefe evolutionäre Ursprung in Fledermäuse. Eine weitere neue Anwendung der Genetik , Geographie und den Stammbäumen , die die evolutionären Beziehungen zwischen verschiedenen Stämme von Krankheitserregern Karte ist die Hotspots der Krankheit reemergence vorherzusagen.

Die auf parallele Programmierung auf High-Performance- Computing-Systeme an der Ohio State University und der Ohio Supercomputer Center , Vorschüsse Supramap die Verwendung genetischer Informationen bei der Untersuchung von Infektionsausbrücheneinen Schritt weiter. Diese Anwendung integriert genetische Sequenzen von Pathogenen mit geografischen Informationen , damit die Forscher die Ausbreitung einer Krankheit unter den verschiedenen Hosts zu verfolgen und folgen Sie der Entstehung von Schlüsselmutationen über Zeit und Raum . Mit Supramap können Benutzer rohen Gensequenzen einreichen und erhalten einen Stammbaum der Stämme von Krankheitserregern. Die sich ergebende Struktur wird dann auf der ganzen Welt durch Supramap projiziert und kann mit Google Earth betrachtet werden. Jeder Zweig im Evolutionsbaum ist geo- gelegen und mit Zeitstempel . Pop -up-Fenster und die Farbe der Branchen zeigen, wie Erreger Stämmen mutieren über Raum und Zeit und infizieren neue Hosts .

Janies , Wheeler und Kollegen getestet Supramap die Fähigkeit , indem Sie genetische und geographische Daten auf den letzten Isolate der Vogelgrippe (H5N1) . Die Vielfalt der Virenstämme von Vögeln und Säugetieren in China, Russland , dem Nahen Osten , Afrika und Europa sind vertreten , wie sie nach Westen verteilt auf vier Jahre. Ergebnis der Stammbaum , der Grundlage von 239 Sequenzen eines bestimmten Gens , Polymerase Grund 2 , zeigt, dass die Host- Schichten sind stark mit einer spezifischen Mutation ( in E627K ) , die Vogelviren an Säugerwirte anpassen können korreliert.

"Es gibt viele Bemühungen von Regierungen und Nicht-Regierungsorganisationen , um die gemeinsame Nutzung von rohen Genominformationen zu fördern, insbesondere für Krankheitserreger ", sagt Janies . "Aber die rohe genetische Information muss noch Interpretation und wir teilen unser Know-how und sogar unsere Computer so , dass dies geschehen kann. Wir wollen für unsere Werkzeuge , um Entscheidungen über mögliche globale Hotspots für die Entstehung von Krankheiten von Tieren und Bereichen informieren Resistenzen. "

" Biogeographie und Phylogenie , oder das Studium der evolutionären und geographischen Beziehungen zwischen Organismen sind die Kernbereiche der Forschung im Museum ", sagt Wheeler . " Unser Know-how wird nun auf eine neue , praktische Reihe von Forschungsfragen , die Ausbreitung von Krankheiten und die menschliche Gesundheit angewendet . Und dies kann zu erweitern, um einen Handgriff auf andere Probleme, wie die Bewegung von invasiven Arten zu bekommen. "

Neben Janies und Wheeler, Autoren des Papiers sind: Travis Treseder , Boyan Alexandrov , Ümit Çatalyürek und Jennifer J. Chen von der Abteilung für Biomedizinische Informatik an der Ohio State University; Farhat Habib des Indian Institute of Science Bildung und Forschung in Indien ; Renato Ferreira von der Universidade Federal de Minas Gerais in Brasilien ; und Andrés Varón sowohl des Museums und der City University of New York. Die Supramap Projekt wurde von der US Army Research Laboratory und Amt und der Defense Advanced Research Projects Agency , Ohio State University, Google.org Fonds der Tides Foundation und der American Museum of Natural History unterstützt.

Quelle:
Kristin Elise Phillips
American Museum of Natural History