توفر هذه المنصة الحسابية التحليلية إرشادات عملية لعلماء الأحياء الدقيقة وعلماء البيئة وعلماء الأوبئة المهتمين بعلم جينوم السكان البكتيري. وعلى وجه التحديد، أظهر العمل المعروض هنا كيفية القيام بما يلي: (أ) رسم الخرائط الموجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ب) رسم الخرائط الوراثية الهرمية الموجهة بالسلالات الوراثية؛ و (ج) رسم الخرائط الموجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ج) رسم الخرائط الوراثية الموجهة بالسلالات للأنماط ب) التحليل القائم على التردد للأنماط الوراثية؛ ج) تحليلات القرابة والنسلية؛ iv) تحديد النسب الذي يميز مواقع الملحقات.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
التعدين الإرشادي للأنماط الجينية الهرمية ومواقع الجينوم الملحقة في المجموعات البكتيرية
* These authors contributed equally
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
يعمل الاستخدام الروتيني والمنهجي لتسلسل الجينوم الكامل البكتيري (WGS) على تعزيز دقة وحل التحقيقات الوبائية التي تجريها مختبرات الصحة العامة والوكالات التنظيمية. يمكن استخدام كميات كبيرة من بيانات WGS المتاحة للجمهور لدراسة المجموعات المسببة للأمراض على نطاق واسع. في الآونة الأخيرة ، تم نشر منصة حسابية متاحة مجانا تسمى ProkEvo لتمكين التحليلات الجينومية السكانية القائمة على التسلسل الهرمي القابلة للتكرار والمؤتمتة والقابلة للتطوير باستخدام بيانات WGS البكتيرية. أظهر هذا التنفيذ ل ProkEvo أهمية الجمع بين رسم الخرائط الجينية القياسية للسكان مع تعدين المحتوى الجيني الملحق للاستدلال البيئي. على وجه الخصوص ، استخدم العمل الذي تم تسليط الضوء عليه هنا مخرجات مشتقة من ProkEvo للتحليلات الهرمية ذات النطاق السكاني باستخدام لغة البرمجة R. وكان الهدف الرئيسي هو توفير دليل عملي لعلماء الأحياء الدقيقة وعلماء البيئة وعلماء الأوبئة من خلال إظهار كيفية: (أ) استخدام رسم خرائط موجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ب) استخدام خرائط موجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ب) استخدام خرائط موجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ب) استخدام خرائط موجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ب) استخدام خرائط موجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ج) استخدام خرائط موجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ج) استخدام خرائط موجهة بالسلالات للأنماط الجينية الهرمية؛ و (ج) ب) تقييم التوزيعات الترددية للأنماط الجينية كبديل للياقة البيئية ؛ تحديد علاقات القرابة والتنوع الجيني باستخدام تصنيفات جينية محددة؛ و iv) خريطة النسب التي تميز مواقع الملحقات. لتعزيز قابلية التكرار وقابلية النقل ، تم استخدام ملفات تخفيض علامات R لإظهار النهج التحليلي بأكمله. احتوت مجموعة البيانات النموذجية على بيانات جينومية من 2,365 عزلة من مسببات الأمراض الحيوانية المنشأ المنقولة بالأغذية السالمونيلا نيوبورت. كشفت الخرائط المثبتة على الفيلوجيني للأنماط الجينية الهرمية (Serovar -> BAPS1 -> ST -> cgMLST) عن البنية الجينية للسكان ، مع تسليط الضوء على أنواع التسلسل (STs) باعتبارها حجر الزاوية الذي يميز النمط الوراثي. عبر السلالات الثلاثة الأكثر هيمنة ، تشترك ST5 و ST118 في سلف مشترك في الآونة الأخيرة أكثر من النمط التكاثري ST45 عالي النسيلة. كما تم تسليط الضوء على الاختلافات القائمة على ST من خلال توزيع مواقع مقاومة مضادات الميكروبات الملحقة. وأخيرا، استخدم تصور يرتكز على علم الوراثة للجمع بين الأنماط الجينية الهرمية ومحتوى مقاومة مضادات الميكروبات للكشف عن بنية القرابة والبصمات الجينومية الخاصة بالنسب. يوفر هذا النهج التحليلي مجتمعا بعض المبادئ التوجيهية لإجراء التحليلات الجينومية البكتيرية الإرشادية باستخدام المعلومات الجينومية الشاملة.
المقدمة
أدى الاستخدام المتزايد لتسلسل الجينوم الكامل البكتيري (WGS) كأساس للترصد الروتيني والتحقيق الوبائي من قبل مختبرات الصحة العمومية والوكالات التنظيمية إلى تعزيز كبير في تحقيقات فاشيات مسببات الأمراض1،2،3،4. ونتيجة لذلك، أصبحت الآن كميات كبيرة من بيانات WGS غير المحددة متاحة للجمهور ويمكن استخدامها لدراسة جوانب البيولوجيا السكانية للأنواع المسببة للأمراض على نطاق غير مسبوق، بما في ذلك الدراسات القائمة على: الهياكل السكانية، وترددات النمط الجيني، وترددات الجينات/الأليل عبر مكامن متعددة، ومناطق جغرافية، وأنواع البيئات5 . ت....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. إعداد ملفات الإدخال
ملاحظة: البروتوكول متاح هنا - https://github.com/jcgneto/jove_bacterial_population_genomics/tree/main/code. يفترض البروتوكول أن الباحث قد استخدم ProkEvo على وجه التحديد (أو خط أنابيب مماثل) للحصول على المخرجات الضرورية المتاحة في مستودع Figshare هذا (https://figshare.com/account/projects/116625/articles/15097503 - بيانات اعتماد تسجيل الدخول مطلوبة - يجب على المستخدم إنشاء حساب مجاني للوصول إلى الملف!). تجدر الإشارة إلى أن ProkEvo يقوم تلقائيا بتنزيل التسلسلات الجينومية من مستودع NCBI-SRA ولا يتطلب سوى ملف .txt يحتوي على قائمة بتعريفات الجينوم كمدخلات20 ، والملف المستخدم لهذا العم....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
من خلال استخدام المنصة الحسابية ProkEvo لتحليلات الجينوم السكاني ، تتكون الخطوة الأولى في استخراج بيانات WGS البكتيرية من فحص بنية السكان الهرمية في سياق علم الوراثة الجينوم الأساسي (الشكل 1). في حالة S. سلالة enterica I ، كما يتضح من S. مجموعة بيانات نيوبورت ، يتم تنظيم السكان بشكل هرمي على النحو التالي: serovar (أدنى مستوى من الدقة) ، والمجموعات الفرعية BAPS1 أو الأنماط الفردية ، وسلالات ST ، ومتغيرات cgMLST (أعلى مستوى من الدقة)20. ويسمح.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
يوفر استخدام تحليل التركيب السكاني الإرشادي والهرمي القائم على النظم إطارا لتحديد التوقيعات الجينومية الجديدة في مجموعات البيانات البكتيرية التي لديها القدرة على شرح الأنماط الإيكولوجية والوبائية الفريدة20. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام رسم خرائط بيانات الجينوم الملحقة على الهيكل السكاني لاستنتاج السمات المكتسبة من الأجداد و / أو المشتقة حديثا والتي تسهل انتشار سلالات ST أو متغيرات cgMLST عبر الخزانات6،20،21،
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
وقد أعلن صاحبا البلاغ أنه لا توجد مصالح متنافسة.
شكر وتقدير
وقد تم دعم هذا العمل من خلال التمويل المقدم من شعبة البحوث الزراعية UNL-IANR والمعهد الوطني لبحوث مقاومة مضادات الميكروبات والتعليم ومن مركز نبراسكا للأغذية من أجل الصحة في إدارة علوم وتكنولوجيا الأغذية (UNL). لا يمكن إكمال هذا البحث إلا من خلال استخدام مركز هولندا للحوسبة (HCC) في UNL ، والذي يتلقى الدعم من مبادرة نبراسكا للأبحاث. نحن ممتنون أيضا لتمكننا من الوصول ، من خلال HCC ، إلى الموارد التي توفرها شبكة العلوم المفتوحة (OSG) ، والتي تدعمها المؤسسة الوطنية للعلوم ومكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. استخدم هذا العمل برنامج Pegasus لإدارة سير العمل الذي تموله المؤسسة الوطنية للعلوم (منحة #1664162).
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| amr_data_filtered | https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28758762 | ||
| amr_data_raw | https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28547994 | ||
| baps_output | https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28548003 | ||
| نسالة الجينوم الأساسي | https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28548006 | ||
| genome_sra | https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28639209 | ||
| Linux أو Mac أو الكمبيوتر الشخصي | أي نظام أساسي عالي | ||
| الأداء mlst_output | https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28547997 | ||
| sistr_output | https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28548000 | ||
| بيانات اعتماد figshare مطلوبة لتسجيل الدخول والوصول إلى الملفات |
المراجع
- Grad, Y. H., et al. Genomic epidemiology of the Escherichia coli O104:H4 outbreaks in Europe, 2011. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (8), 3065-3070 (2012).
- Worby, C. J., Chang, H. -H., Hanage, W. P., Lipsitch, M.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
