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4家数据科学公司:如何深度挖掘微生物组数据

图片来源:http://www.abolbol.com/portal.php?aid=12257&mod=view

编者按:

微软公司的联合创始人比尔・盖茨坚定地认为,了解微生物组“在未来 20 年里,不亚于我们在健康领域所做的任何其他事情”。而麦肯锡全球研究所于 2020 年 5 月发布的一份报告显示,如果对微生物组有更深入的了解,仅生命科学领域就可以创造数万亿美元的商业机会。

那么,该如何深度挖掘微生物组的信息呢?可以从哪些角度展开分析呢?今天,我们特别关注 4 家搭建了强大综合分析平台的微生物组初创公司,希望本文能够为相关的产业人士和各位读者带来一些启发与帮助。

VastBiome:如何利用肠道菌群进行药物开发

2018 年,美国初创公司 VastBiome 在加利福尼亚州成立,该公司旨在通过“释放人体肠道微生物组的力量”,来解决医学上最棘手的问题。

该公司开发了一个名为 VBx1 的数据分析平台,该平台基于机器学习技术,依靠计算机强大的算力,来进行肠道微生物组的分析,找出肠道微生物组中的新型生物标志物,以研发新型药物。

该公司的联合创始人兼首席执行官 Kareem Barghouti 在一次采访中说:“VastBiome 的核心竞争力,在于计算与医学的交叉。这些技术的进步,为科技推动医学进入新的探索领域,提供了机会,而像 VastBiome 这样的小公司,也有机会在众所周知的资本密集型领域取得成功。”

该公司利用全基因组鸟枪测序技术,从人体肠道微生物组中获取参与化学合成的微生物信息。再基于这些数据,利用 VBx1 平台预测新型免疫调节药物的可行靶点和生物标志物。最后,通过高通量表型筛选试验,对新型药物进行实验验证。

3 个月前,VastBiome 公司刚获得了 450 万美元的种子基金融资,该公司接下来将进一步扩充其研发团队,以及改进VBx1 平台。

本节参考资料: http://www.vastbiome.com/

REM Analytics:如何准确测定微生物

在过去的 8 年里,瑞士初创公司 REM Analytics 开发了一项名为“基因成分高级检测(ATGC)”的独特技术,该技术建立于谱系追踪与统计建模的方法之上,可以对混合 DNA 样本的成分进行精细检测和分析,用于准确测定人体肠道微生物组中特定细菌种群的相对比例。

该公司的首席执行官 Paulo Refinetti 认为:“统计学家相信,只要得到正确的处理,每一个问题都是简单的。”他们开发了强大的数据统计技术,并将其用于许多领域。

除了微生物组中特定的菌株之外,该技术还能分析酵母、真菌、植物或其他有机体的 DNA。ATGC 技术是分子生物学与软件结合的创新产物,并不依赖于测序。

该技术可用于绘制益生菌摄入前后的微生物图谱,从而指导个性化益生菌制剂和治疗方案的开发;或用于证明食品的来源,检测商业欺诈和识别转基因生物;还可在食品加工和转化的每一个步骤中,检测食品中存在的病原体,保证食品的安全。

本节参考资料:https://www.remanalytics.ch/

Anizome:聚焦动物微生物组

探究动物微生物组有助于人们从分子水平上理解动物的生理。因为动物经常被用作人类疾病的模型,所以对动物微生物组的分析,将有助于药物发现过程的临床前研究。

此外,畜牧业中滥用抗生素的问题已非常严重,多个国家推出“禁抗”的政策,因此,透彻分析动物的微生物组,将对养殖业中减少或避免抗生素的使用大有裨益。

总部位于美国德克萨斯州的初创公司 Anizome,于 2018 年成立,为挖掘动物微生物组的特性构建了一个平台。该平台融合了多学科的力量,综合了多种技术手段,包括:生物建模、DNA 测序、数据科学、分子分析、细菌培养以及微生物工程。

Anizome 公司使用各种生物模型来识别微生物对宿主健康的影响,快速测试假设、进行概念性验证,常用的生物模型有线虫、无菌啮齿动物。

该公司利用 16S rRNA 测序、下一代 WGS 技术等,对从动物口腔、皮肤和肠道中获得的样本进行快速、准确和完整的微生物组种群分类,并对整个微生物组中单个细菌的功能、关系和重要性,进行进一步分析。

该公司还拥有世界一流的生物信息学和生物分析能力,来全面描述微生物的种群、趋势和个体功能,以发现新的机制,产生线索,并评估干预措施的影响。

此外,公司还生产各种微生物的探测工具,用于快速鉴定微生物组中是否存在关键细菌、真菌或病毒物种,并研究微生物相关的活性机制,以开发准确的诊断工具。

目前,这家初创公司正在对一些筛选阶段的药物进行高通量生物模型测试研发,这些药物主要针对家畜相关的疾病。

本节参考资料:https://www.anizome.com/

Boost Biomes:挖掘植物微生物组,提高农业产量

Boost Biomes 公司成立于 2016 年,总部位于美国加利福尼亚州,旨在深入研究微生物之间的相互作用,开发能够满足农业和食品行业需求的可持续产品,从而改善农产品的安全性、提高作物的产量和预防作物疾病等。

Boost Biomes 公司的首席执行官兼联合创始人 Jamie Bacher 说:“我们的目标是成为‘发现引擎’,开发用于食品和农业的新型微生物产品。”

该公司开发的数据平台,将 DNA 测序、选择性富集数据和高级信息学等各类数据进行整合,以发现微生物组中有价值的信息,并鉴定具有商业作用的微生物产品。与传统方法相比,这种方法速度更快、成本更低,并且能够同时识别出多种有效微生物,将它们的功能结合起来,起到更佳的效果。

该公司的技术首先应用于食品行业和农业,它的第一批微生物产品,可以管理作物的生长过程,起到防御作物疾病的作用,旨在改善由于真菌、害虫的侵害,而造成粮食大量浪费的现象。

此外,通过利用该产品,农业工作者可以减少生产中化学农药的使用量,从而减少因使用农药而带来的各种安全问题。

本节参考资料:https://boostbiomes.com/

作者 | Jessica