自然界中，微生物組(亦稱“菌群”)無所不在，其結(jié)構(gòu)深刻體現(xiàn)著生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，因此微生物組結(jié)構(gòu)比對是菌群檢測服務(wù)于精準健康、精準護理與精準營養(yǎng)的核心環(huán)節(jié)之一。青島能源所單細胞中心提出了Dynamic Meta-Storms(DMS)算法，能夠更精確地計算菌群相似度。該研究在線發(fā)表于Bioinformatics。
鳥槍法元基因組(shotgun metagenomics)通過直接測定菌群總體DNA序列，來刻畫一個菌群的結(jié)構(gòu)和功能。然而如何精確地計算鳥槍法元基因組數(shù)據(jù)點之間的量化差異，一直是業(yè)界的熱點問題。蘇曉泉副研究員帶領(lǐng)的單細胞中心生物信息研究組，針對上述關(guān)鍵技術(shù)瓶頸開發(fā)了Dynamic Meta-Storms(DMS)算法。DMS充分利用菌群中已知物種的生物分類和進化關(guān)系，對未知物種的進化位置進行理性推測(圖1)，從而能夠全面、精確地計算元基因組之間物種水平的相似度(圖2a)。
與此同時，得益于高性能并行計算優(yōu)化技術(shù)，在計算百萬數(shù)量級之元基因組樣本的相似度時(5 1011次相似度計算)，DMS在單個計算節(jié)點上僅用6.4小時即可完成，與目前最快算法相比，速度提高了20%，同時還節(jié)省了40%的內(nèi)存使用率(圖2b)。
作為元基因組學(xué)領(lǐng)域的共性基礎(chǔ)算法之一，DMS將基于單細胞中心開發(fā)的微生物組搜索引擎(http://mse.ac.cn)，直接服務(wù)于地球微生物組計劃(EMP)、人體微生物組計劃(HMP)、中科院微生物組計劃等大科學(xué)計劃，從而支撐基于菌群測序的精準健康、精準護理與精準營養(yǎng)。
該論文的并列第一作者是生物信息研究組荊功超和張玉鳳，由蘇曉泉副研究員主持完成，并獲得了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)重大基礎(chǔ)研究項目、中科院微生物組計劃等的支持。
原文鏈接：
Jing G.1, Zhang Y.1, Liu L., Yang M., Xu J. and Su X.* Dynamic Meta-Storms enables comprehensive taxonomic and phylogenetic comparison of shotgun metagenomes at the species level. Bioinformatics (2019) DOI: 10.1093/bioinformatics/btz910.
(文/圖 荊功超)
