Un nou software permite supravegherea în timp real a agenților patogeni din aer și mediu

Progresele recente în metagenomică au transformat modul în care înțelegem diversitatea și ecologia ecosistemelor, de la medii naturale până la contexte clinice. Aceste progrese sunt impulsionate de dezvoltările rapide în tehnologia de secvențiere a ADN-ului și de instrumentele bioinformatice asociate. Printre acestea, Oxford Nanopore Technologies (ONT) a revoluționat domeniul prin introducerea dispozitivului MinION – un secvențiator portabil și accesibil, capabil de analiză în timp real, utilizat tot mai frecvent în diagnostic, supraveghere epidemiologică și secvențiere in situ.
Totuși, potențialul deplin al secvențierii în timp real a fost limitat de absența unor instrumente open-source și offline care să permită analiza rapidă și vizualizarea interactivă a datelor. În acest context, cercetătorii au dezvoltat MARTi – Metagenomic Analysis in Real Time – o platformă care integrează analiza, vizualizarea și comparația datelor metagenomice într-un singur cadru flexibil și accesibil.

Până recent, platforma EPI2ME a ONT a fost standardul principal pentru analiza metagenomică în timp real. Ea includea fluxurile de lucru „What’s In My Pot” (WIMP) pentru clasificarea taxonomică și „Antimicrobial Resistance Mapping Application” (ARMA) pentru identificarea genelor de rezistență antimicrobiană. Deși eficiente, aceste instrumente depindeau de conexiunea la internet și nu permiteau personalizarea parametrilor de analiză sau utilizarea bazelor de date proprii, limitând astfel utilizarea în teren.

Ulterior, ONT a lansat EPI2ME Labs, un set de fluxuri de lucru Nextflow ce pot fi rulate local. Cu toate acestea, platforma rămâne limitată în ceea ce privește vizualizarea datelor, exportul rezultatelor și comparațiile între experimente. MARTi a fost conceput pentru a depăși aceste limitări, oferind un instrument complet autonom, configurabil și scalabil pentru analiza metagenomică modernă.

Despre platforma MARTi

MARTi este un instrument open-source care permite analiza, explorarea și compararea datelor metagenomice în timp real, fără a necesita conexiune la internet. Platforma include două componente principale:

MARTi Engine – nucleul de analiză bioinformatică, responsabil pentru prelucrarea și clasificarea datelor de secvențiere;
MARTi GUI – o interfață grafică intuitivă, bazată pe browser, care oferă vizualizare și comparare interactivă a rezultatelor.

Funcționare și arhitectură

MARTi poate funcționa în două moduri principale:

Mod local – ambele componente (Engine și GUI) rulează pe același dispozitiv, fiind ideal pentru analize în teren;
Mod HPC – MARTi Engine rulează pe un cluster de calcul de înaltă performanță (HPC), iar GUI-ul pe un computer separat, permițând analiza simultană a multiplelor runde de secvențiere și interogarea bazelor de date extinse, precum NCBI nt.

Metode de clasificare

Utilizatorii pot alege între mai multe algoritmi consacrați pentru clasificarea taxonomică:

BLAST – pentru precizie maximă și identificare conservativă;
Centrifuge și Kraken2 – metode bazate pe k-mer pentru clasificare rapidă;
DIAMOND – pentru comparații traduse ADN–proteină în analize funcționale.

MARTi permite configurarea detaliată a parametrilor de analiză și utilizarea bazelor de date proprii, oferind control deplin asupra procesului bioinformatic.

Analiza genelor de rezistență antimicrobiană (AMR)

Prin integrarea cu Comprehensive Antibiotic Resistance Database (CARD), MARTi poate identifica genele de rezistență antimicrobiană și asocia acestora clase de antibiotice, mecanisme de rezistență și specii gazdă. Această analiză este completată de funcția walkout analysis, care utilizează secvențele flancante pentru a determina originea genomică a genelor AMR.

Interfața grafică MARTi GUI

Interfața MARTi GUI este concepută pentru utilizatori fără experiență în linia de comandă. Aceasta permite:

vizualizarea în timp real a clasificărilor taxonomice;
compararea simultană a mai multor probe;
exportul graficelor vectoriale și rasterizate;
filtrarea taxonomică pe niveluri (familie, gen, specie) și praguri de abundență (0%, 0,1%, 1%, 2%).

Rezultate și evaluare

Performanță și precizie

Autorii au comparat 17 fluxuri de analiză utilizând date simulate dintr-o comunitate microbiană sintetică de 100.000 de citiri. MARTi-BLAST a obținut cea mai mare precizie la nivel de specie, cu 0,17% citiri incorect clasificate și fără fals pozitive, însă a prezentat un nivel mai scăzut de sensibilitate (recall). În schimb, Kraken2 și Centrifuge au avut cele mai ridicate rate de clasificare corectă, dar cu mai multe erori false pozitive, care au fost reduse prin aplicarea unui prag de abundență minimă de 1%.

În termeni de viteză, Kraken2 a fost cel mai rapid algoritm, analizând aproximativ 29.000 de citiri pe minut pe un laptop standard. BLAST, deși mult mai lent, a oferit cea mai mare precizie, fiind recomandat pentru studii detaliate efectuate pe servere HPC.

Analize pe seturi reale de date

MARTi a fost testat pe microbiota intestinală a nou-născuților prematuri și pe comunitatea microbiană ZymoBIOMICS. Rezultatele au reprodus fidel compozițiile raportate anterior, identificând toate speciile așteptate fără fals pozitive. Analizele AMR au evidențiat diferențe clare între microbiomul copiilor sănătoși și cei cu enterocolită necrozantă, probele patologice fiind dominate de gene asociate cu Enterobacter cloacae și Klebsiella pneumoniae.

Interpretare

MARTi aduce o contribuție majoră la domeniul metagenomicii prin integrarea într-o singură platformă a analizei în timp real, vizualizării dinamice și comparației între probe. Spre deosebire de alte instrumente închise sau dependente de cloud, MARTi funcționează complet offline, ceea ce o face ideală pentru diagnostic rapid, biosupraveghere și studii de teren.

Platforma este scalabilă, de la analize locale pe laptopuri până la implementări complexe pe clustere HPC, menținând compatibilitatea cu formatele standard de date bioinformatice. Prin arhitectura sa modulară și interfața prietenoasă, MARTi democratizează accesul la analiza metagenomică avansată, reducând bariera tehnologică pentru laboratoare cu resurse limitate.

Concluzii

MARTi reprezintă o evoluție semnificativă în analiza metagenomică, oferind:

procesare în timp real și funcționare complet offline;
posibilitatea utilizării bazelor de date personalizate;
vizualizare interactivă și comparare între probe;
integrare flexibilă cu instrumente consacrate (BLAST, Centrifuge, Kraken2, DIAMOND).

Prin performanță robustă, scalabilitate și accesibilitate, MARTi se poziționează ca un instrument de referință pentru analiza metagenomică modernă, cu aplicații extinse în diagnostic clinic, ecologie microbiană și supraveghere genomică globală.

Data actualizare: 03-11-2025 | creare: 03-11-2025 | Vizite: 69

Bibliografie

Peel, N., et al. (2025) Real-time analysis and visualization of nanopore metagenomic samples with MARTi. Genome Research. https://doi.org/10.1101/gr.280550.125

Image by macrovector_official on Freepik

Copyright ROmedic: Articolul se află sub protecția drepturilor de autor. Reproducerea, chiar și parțială, este interzisă!

Alte articole din aceeași secțiune:

Inhibitorii JAK pot facilita răspândirea virusurilor în organism: un risc ascuns al tratamentelor antiinflamatoare

Un studiu publicat în mai 2025 în revista NAR Molecular Medicine scoate la iveală un efect advers îngrijorător...

Nanoparticulele ar putea fi folosite pentru dezvoltarea de noi vaccinuri împotriva bolilor infecțioase

Vaccinarea a ajutat milioane de oameni în combaterea, controlul și eradicarea bolilor infecțioase, precum și a ...

Rifamicine de generație nouă pentru tratarea infecțiilor micobacteriene: eficiență îmbunătățită și profil farmacologic optimizat

În cadrul unui amplu program de optimizare chimică, cercetătorii au dezvoltat analogi de rifabutină cu eficien�...

Antibioticele are putea fi soluția pentru ameliorarea durerilor cronice ale vezicii urinare (Studiu)
Recomandările internaționale pentru tratamentul și prevenția HIV cu medicamente antiretrovirale în 2024
Micro- și nanoplasticele – posibili vectori invizibili ai virusurilor respiratorii
Fungii care trăiesc la nivel intestinal influențează starea de sănătate, dar și diverse afecțiuni

Forumul ROmedic - întrebări și răspunsuri medicale:

Pe forum găsiți peste 500.000 de întrebări și răspunsuri despre boli sau alte subiecte medicale. Aveți o întrebare? Primiți răspunsuri gratuite de la medici.

intră pe forum