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4家資料科學公司:如何深度挖掘微生物組資料

2021-03-23 00:00:00健康

圖片來源:http://www.abolbol.com/portal.php?aid=12257&mod=view

編者按:

微軟公司的聯合創始人比爾·蓋茨堅定地認為,瞭解微生物組「在未來 20 年裡,不亞於我們在健康領域所做的任何其他事情」。而麥肯錫全球研究所於 2020 年 5 月釋出的一份報告顯示,如果對微生物組有更深入的瞭解,僅生命科學領域就可以創造數萬億美元的商業機會。

那麼,該如何深度挖掘微生物組的資訊呢?可以從哪些角度展開分析呢?今天,我們特別關注 4 家搭建了強大綜合分析平臺的微生物組初創公司,希望本文能夠為相關的產業人士和各位讀者帶來一些啟發與幫助。

VastBiome:如何利用腸道菌群進行藥物開發

2018 年,美國初創公司 VastBiome 在加利福尼亞州成立,該公司旨在透過「釋放人體腸道微生物組的力量」,來解決醫學上最棘手的問題。

該公司開發了一個名為 VBx1 的資料分析平臺,該平臺基於機器學習技術,依靠計算機強大的算力,來進行腸道微生物組的分析,找出腸道微生物組中的新型生物標誌物,以研發新型藥物。

該公司的聯合創始人兼執行長 Kareem Barghouti 在一次採訪中說:「VastBiome 的核心競爭力,在於計算與醫學的交叉。這些技術的進步,為科技推動醫學進入新的探索領域,提供了機會,而像 VastBiome 這樣的小公司,也有機會在眾所周知的資本密集型領域取得成功。」

該公司利用全基因組鳥槍測序技術,從人體腸道微生物組中獲取參與化學合成的微生物資訊。再基於這些資料,利用 VBx1 平臺預測新型免疫調節藥物的可行靶點和生物標誌物。最後,透過高通量表型篩選試驗,對新型藥物進行實驗驗證。

3 個月前,VastBiome 公司剛獲得了 450 萬美元的種子基金融資,該公司接下來將進一步擴充其研發團隊,以及改進VBx1 平臺。

本節參考資料: http://www.vastbiome.com/

REM Analytics:如何準確測定微生物

在過去的 8 年裡,瑞士初創公司 REM Analytics 開發了一項名為「基因成分高階檢測(ATGC)」的獨特技術,該技術建立於譜系追蹤與統計建模的方法之上,可以對混合 DNA 樣本的成分進行精細檢測和分析,用於準確測定人體腸道微生物組中特定細菌種群的相對比例。

該公司的執行長 Paulo Refinetti 認為:「統計學家相信,只要得到正確的處理,每一個問題都是簡單的。」他們開發了強大的資料統計技術,並將其用於許多領域。

除了微生物組中特定的菌株之外,該技術還能分析酵母、真菌、植物或其他有機體的 DNA。ATGC 技術是分子生物學與軟體結合的創新產物,並不依賴於測序。

該技術可用於繪製益生菌攝入前後的微生物圖譜,從而指導個性化益生菌製劑和治療方案的開發;或用於證明食品的來源,檢測商業欺詐和識別轉基因生物;還可在食品加工和轉化的每一個步驟中,檢測食品中存在的病原體,保證食品的安全。

本節參考資料:https://www.remanalytics.ch/

Anizome:聚焦動物微生物組

探究動物微生物組有助於人們從分子水平上理解動物的生理。因為動物經常被用作人類疾病的模型,所以對動物微生物組的分析,將有助於藥物發現過程的臨床前研究。

此外,畜牧業中濫用抗生素的問題已非常嚴重,多個國家推出「禁抗」的政策,因此,透徹分析動物的微生物組,將對養殖業中減少或避免抗生素的使用大有裨益。

總部位於美國德克薩斯州的初創公司 Anizome,於 2018 年成立,為挖掘動物微生物組的特性構建了一個平臺。該平臺融合了多學科的力量,綜合了多種技術手段,包括:生物建模、DNA 測序、資料科學、分子分析、細菌培養以及微生物工程。

Anizome 公司使用各種生物模型來識別微生物對宿主健康的影響,快速測試假設、進行概念性驗證,常用的生物模型有線蟲、無菌齧齒動物。

該公司利用 16S rRNA 測序、下一代 WGS 技術等,對從動物口腔、皮肤和腸道中獲得的樣本進行快速、準確和完整的微生物組種群分類,並對整個微生物組中單個細菌的功能、關係和重要性,進行進一步分析。

該公司還擁有世界一流的生物資訊學和生物分析能力,來全面描述微生物的種群、趨勢和個體功能,以發現新的機制,產生線索,並評估幹預措施的影響。

此外,公司還生產各種微生物的探測工具,用於快速鑑定微生物組中是否存在關鍵細菌、真菌或病毒物種,並研究微生物相關的活性機制,以開發準確的診斷工具。

目前,這家初創公司正在對一些篩選階段的藥物進行高通量生物模型測試研發,這些藥物主要針對家畜相關的疾病。

本節參考資料:https://www.anizome.com/

Boost Biomes:挖掘植物微生物組,提高農業產量

Boost Biomes 公司成立於 2016 年,總部位於美國加利福尼亞州,旨在深入研究微生物之間的相互作用,開發能夠滿足農業和食品行業需求的可持續產品,從而改善農產品的安全性、提高作物的產量和預防作物疾病等。

Boost Biomes 公司的執行長兼聯合創始人 Jamie Bacher 說:「我們的目標是成為‘發現引擎’,開發用於食品和農業的新型微生物產品。」

該公司開發的資料平臺,將 DNA 測序、選擇性富集資料和高階資訊學等各類資料進行整合,以發現微生物組中有價值的資訊,並鑑定具有商業作用的微生物產品。與傳統方法相比,這種方法速度更快、成本更低,並且能夠同時識別出多種有效微生物,將它們的功能結合起來,起到更佳的效果。

該公司的技術首先應用於食品行業和農業,它的第一批微生物產品,可以管理作物的生長過程,起到防禦作物疾病的作用,旨在改善由於真菌、害蟲的侵害,而造成糧食大量浪費的現象。

此外,透過利用該產品,農業工作者可以減少生產中化學農藥的使用量,從而減少因使用農藥而帶來的各種安全問題。

本節參考資料:https://boostbiomes.com/

作者 | Jessica