می‌دانیم میکروب‌ها دارای ژنوم بسیارکوچک‌تری در مقایسه با گیاهان و حیوانات هستند که همین ویژگی موجب می‌شود گزینه مناسب‌تری برای مطالعات ژنتیکی و فیزیولوژیکی باشند. ژنومیک‌میکروبی، به معنای شناسایی ماهیت ژنتیکی میکروارگانیسم‌هاست. مطالعات در سطح ژنوم میکروبی “mGWAS” زمینه تحقیقاتی جدیدی، درخصوص تسریع فرآیند جایگزینی برخی داروها را فراهم‌کرده و همچنین موجب نوآوری در کشف و توسعه واکسن بیماری‌های‌عفونی، همچون HIV، سل، آنفولانزا و مالاریا شده‌است. به کمک پردازش و آنالیز داده‌های ژنومی به‌دست‌آمده از میکروب‌ها، سنگ‌بنای بیوانفورماتیک مدرن گذاشته می‌شود که کاربردهای گسترده آن ارتباط نزدیکی با بخش‌هایی از زندگی روزمره انسان‌ها دارد. ابزارهای پیشرفته بیوانفورماتیک، به جنبه‌های مختلفی از ژنومیک میکروبی مانند شناسایی میکروارگانیسم‌ها، ارزیابی جمعیت‌های میکروبی در نیچه‌های محیطی، طبقه‌بندی مسیرهای تکاملی و ارتباط ژنتیکی بین سویه‌های میکروبی کمک می‌کند.
ما در اینجا به نمونه‌هایی از تأثیرات ژنومیک در میکروبیولوژی و مفهوم توالی‌یابی نسل بعد “NGS” پرداختیم.
یکی از فراگیرترین اهداف در میکروبیولوژی، رسیدن به درکی از عوامل تنوع فنوتیپی تحت‌تأثیر ژنتیک است. این موضوع زمینه‌ساز چالشی بزرگ و نیازمند بررسی چگونگی تغییر عملکرد ژن‌هاست که از تغییر ساختار “DNA” آن‌ها منشاء می‌گیرد. دو تکنیک در راستای این هدف انجام شده، که یکی از آن‌ها مطالعات در سطح ژنوم میکروبی “GWAS” و دیگری روش‌های توالی‌یابی درج ترانسپوزون “Tn-Seq” می‌باشد. هر دو تکنیک توسط NGS یا همان “next-generation sequencing” پشتیبانی می‌شوند و این پشتیبانی موجب شده تحولی در این موضوع رخ دهد؛ البته هر کدامشان از فناوری‌های توالی‌یابی DNA با عملکردی متفاوت استفاده می‌کنند.
همچنین تحقیقاتی درخصوص استفاده از صفات ژنومی برای تعیین مقاومت آنتی‌بیوتیکی “ABR” درحال انجام است. مسئله ABR از نگرانی‌های رو به رشد بین‌المللی است چراکه پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که متأسفانه در سال‌های آتی، افراد بیشتری بر اثر ابتلا به عفونت‌هایی با مقاومت آنتی‌بیوتیکی از بین خواهند‌رفت. شناسایی عامل ایجادکننده بیماری و ارزیابی آن، فرآیندی پیچیده و زمان‌بر است؛ اما خوشبختانه پایگاه داده‌ای از ژن‌ها و توالی‌های مرتبط با ABR درحال ساخت است که به کمک آن، منشاء توالی‌های ژنوم مرتبط با ABR را تشخیص می‌دهند و در جهت یافتن مسیرهای تکاملی منتهی به مقاومت‌های آنتی‌بیوتیکی متعدد از آن استفاده می‌کنند، به همین ترتیب تغییرات ژنتیکی صورت گرفته، در پاسخ به درمان آنتی‌بیوتیکی با سرعت بالاتری انجام می‌شود. یکی از علل این افزایش سرعت، کاهش هزینه توالی‌یابی DNA و درنتیجه استفاده از متاژنومیک است که به کمک آن می‌توان اکولوژی میکروبی را در سطح بسیاردقیق‌تری مطالعه کرد.
تجزیه و تحلیل متاژنومی در تشخیص پاتوژن نمونه‌های بالینی مانند خون و مایع مغزی‌نخاعی، مطالعات میکروبیومی، بررسی‌های‌اکولوژیکی و زیست‌محیطی میکروب‌های غیرقابل کشت، مؤثر خواهدبود. بنابراین به نوعی برای برطرف‌کردن دغدغه جهانی مقاومت آنتی‌بیوتیکی، کمک‌کننده می‌باشد.
امروزه میکروبیولوژی در نقطه عطف تاریخ ۱۲۰ساله خود قرار دارد. چرا که گسترش توالی‌یابی نسل بعدی next-generation sequencing در بین باکتری‌ها، موجب شده پیچیدگی‌های ژنتیکی تاحد زیادی آشکار شود. این داده‌ها، درک ما از سلول‌های باکتریایی را افزایش می‌دهد و می‌تواند پاسخی به علل تنوع فنوتیپ باشد. با این‌حال، این انقلاب در علم داده نمی‌تواند به طور کامل جایگزین شیوه‌های مرسوم میکروبیولوژیکی شود؛ چراکه چنین پیشرفت سریعی علی‌رغم مزیت‌ها، هزینه قابل‌توجهی نیز به همراه دارد و برای ادغام تکنیک‌های نوین و اعمال شیوه‌های تحقیقاتی جدید، باید اقدامات زیادی انجام شود.
پیچیدگی مجموعه داده‌های توالی بزرگ می‌تواند آن‌ها را برای افراد غیرمتخصص انتزاعی جلوه دهد و باعث شود، صحت تحلیل‌ها مورد شک و شبهه قرار گیرد. این امر به‌نوبه‌خود می‌تواند خطر محرومیت کلی محققین میکروبیولوژی از داده‌های ژنومی را به همراه داشته‌باشد و باعث افزایش اتکای بیش از حد به شواهد یا اعتبارسنجی‌های بیرونی برای معنا بخشیدن به مجموعه داده‌های مبتنی‌بر توالی شود؛ اما ترسیم آینده‌ای یکپارچه برای میکروبیولوژی، نیاز به ترکیب نقاط قوت میکروبیولوژی مرسوم با فناوری‌های توالی‌یابی نوظهور خواهد‌داشت. پس با تأمل در عملکرد میکروبیولوژی کنونی و آگاهی از ارزش مجموعه داده‌های پیچیده، خواهیم فهمید که میکروبیولوژی در موقعیتی بسیارعالی برای درک عمیق‌تر ماهیت جهان قرار گرفته‌است.
نویسندگان: کیانا تیموری – سما جورابچی
همچنین بخوانید: عفونت‌های تنفسی و آسم
عالی👌🏻👌🏻