Virale zoönotische ziekten hebben de afgelopen eeuw een grote impact gehad op de menselijke gezondheid. Bekende voorbeelden zijn de Spaanse griep van 1918, aids, SARS, ebola en het huidige coronavirus. Naar schatting zijn er 3 x 105 zoogdiervirussoorten die infectieziekten bij mensen kunnen veroorzaken. Op dit moment is er nog maar een klein deel van bekend.

Om de voorspelling en preventie van toekomstige epidemieën te verbeteren, is het noodzakelijk om de diversiteit van virussen te monitoren. Dit wordt gedaan door internationale consortia en honderden onderzoekslaboratoria.

Baanbrekend werk om het viroom van de aarde uit te breiden, heeft duizenden nieuwe virussen geïdentificeerd, waarbij de snelheid waarmee virussen worden ontdekt exponentieel toeneemt, grotendeels gedreven door de toenemende beschikbaarheid van high-throughput-sequencing. Maar sequentieanalyse en voorspelling blijven kostbaar.

Petdatabases met sequentiegegevens zijn vrij verkrijgbaar via openbare bronnen zoals Sequence Read Archive (SRA). Openbare databases bevatten een enorme verzameling virussen, maar ze zijn erg moeilijk te bestuderen omdat er geen effectieve zoekmethoden zijn in deze enorme "bibliotheek". Vaak worden virale nucleïnezuren in deze databases door wetenschappers toevallig ontdekt in de loop van andere onderzoeken. Om virussen te kunnen detecteren, heeft een internationaal team van wetenschappers samen met het Center for Bioinformatics and Algorithmic Biotechnology van de St. Petersburg State University, het Pasteur Institute, de University of British Columbia, de University of California at Berkeley, de Heidelberg Institute for Theoretical Research en andere onderzoekers over de hele wereld, de Serratus cloud computing-infrastructuur ontwikkeld.

Serratus is een gratis en open source cloud computing-infrastructuur die gebruikmaakt van 5,7 miljoen ecologisch diverse sequencing-bibliotheken, oftewel 10,2 petabyte aan gegevens. Deze zoekruimte omvat gegevens die gedurende 13 jaar zijn verzameld uit alle continenten en oceanen en alle koninkrijken van het leven.

Serratus kan bibliotheken detecteren die bekende of nauw verwante virussen bevatten. Wetenschappers doorzochten 5,7 miljoen biologisch diverse monsters naar het belangrijkste RNA-afhankelijke RNA-polymerase-gen en identificeerden meer dan 130.000 nieuwe RNA-bevattende virussen, waardoor het aantal bekende soorten met ongeveer een orde van grootte toenam. Ze karakteriseerden ook nieuwe virussen geassocieerd met coronavirussen, hepatitis-delta-virus, gigantische fagen en analyseerden hun omgevingsreservoirs.

Sinds de voltooiing van het menselijk genoom zijn databases voor DNA-sequencing zeer snel gegroeid. Serratus biedt snelle en gerichte toegang tot genomische sequenties. Dit werk en verdere uitbreidingen van petabase-genomica vormen een nieuw tijdperk in computationele biologie, waardoor de ontdekking van enorme genen, observatie van pathogenen en pan-genomische evolutionaire analyse mogelijk wordt. Optimale transformatie van dergelijke enorme datasets in betekenisvolle biomedische vooruitgang vereist vrije en open samenwerking tussen wetenschappers. De huidige pandemie benadrukt de noodzaak van snelle, onbeperkte en transparante gegevensuitwisseling.

Innovatieve gebieden zoals high-throughput viromics kunnen uitgebreide sets van virale sequenties gebruiken om beleid te informeren dat opkomende pandemieën kan voorspellen en verminderen. De combinatie van eco-informatica met virus-, host- en geotemporele metadata biedt een proof-of-concept voor een wereldwijd bewakingsnetwerk voor pathogenen dat opkomt als een bijproduct van gecentraliseerde en open gegevensuitwisseling. De groei van de menselijke bevolking en de aantasting van de leefgebieden van dieren brengen meer soorten dichter bij elkaar, wat leidt tot meer zoönosen en een versnelde massale uitsterving van het Antropoceen. Serratus stelt de mensheid in staat om te zoeken naar de volledige genetische diversiteit van onze planeet. Tegenwoordig is investeren in het verzamelen en bewaren van biologisch diverse exemplaren, met een focus op geografisch ondervertegenwoordigde regio's, een van de belangrijke uitdagingen, zo niet voor het behoud van bedreigde diersoorten.

Gebruikte materialen gepubliceerd in het tijdschrift Nature

bbabo.Net