Earth Microbiome Project
अर्थ माइक्रोबायोम प्रोजेक्ट (ई. एम. पी.) जेनेट जेनसन, जैक गिल्बर्ट और रॉब नाइट द्वारा 2010 में प्राकृतिक नमूने एकत्र करने और दुनिया भर में सूक्ष्मजीव समुदाय का विश्लेषण करने के लिए स्थापित एक पहल है। सूक्ष्मजीव अत्यधिक प्रचुर मात्रा में, विविध और पारिस्थितिकी में महत्वपूर्ण हैं। फिर भी, यह अनुमान लगाया गया था कि कुल वैश्विक पर्यावरणीय डी. एन. ए. अनुक्रमण प्रयास ने एक लीटर समुद्री जल या एक ग्राम मिट्टी में पाए जाने वाले कुल डी. एन. ए. का 1 प्रतिशत से भी कम उत्पादन किया था, और रोगाणुओं के बीच विशिष्ट अंतःक्रियाएँ काफी हद तक अज्ञात हैं। ई. एम. पी. का उद्देश्य विभिन्न बायोम में 200,000 नमूनों को संसाधित करना है, जिससे सूक्ष्मजीव संरचना और अंतःक्रिया द्वारा पर्यावरण और पारिस्थितिकी तंत्र की विशेषता के लिए पृथ्वी पर सूक्ष्मजीवों का एक पूरा डेटाबेस तैयार किया जा सके। इन आंकड़ों का उपयोग करके नए पारिस्थितिक और विकासवादी सिद्धांतों को प्रस्तावित और परीक्षण किया जा सकता है। अभिनेता गैर-सरकारी अंतर्राष्ट्रीय परियोजना 2010 में शुरू की गई थी। जनवरी 2018 तक, इसने आई. बी. एम. अनुसंधान और अटलांटा चिड़ियाघर को छोड़कर 161 संस्थानों को सूचीबद्ध किया, जिनमें से सभी विश्वविद्यालय और विश्वविद्यालय से संबद्ध संस्थान थे। क्राउडसोर्सिंग जॉन टेम्पलटन फाउंडेशन, डब्ल्यू. एम. केक फाउंडेशन, यू. एस. विभाग द्वारा आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी से आई है। ऊर्जा मंत्रालय, ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद, तुला फाउंडेशन और सैमुअल लॉरेंस फाउंडेशन। कंपनियों ने एमओ बी. आई. ओ. लैबोरेटरीज, लुका टेक्नोलॉजीज, एप्पेनडॉर्फ, बोरियल जीनोमिक्स, इल्यूमिना, रोश और इंटीग्रेटेड डी. एन. ए. टेक्नोलॉजीज सहित अपनी तरह का समर्थन प्रदान किया है। लक्ष्य पृथ्वी माइक्रोबायोम परियोजना (ई. एम. पी.) का प्राथमिक लक्ष्य प्रोटोकॉल के एक मानक सेट का उपयोग करके समय के साथ-साथ अंतरिक्ष में ग्रह भर में कई वातावरणों में माइक्रोबियल संरचना का सर्वेक्षण करना रहा है। मानकीकृत प्रोटोकॉल का विकास नमूना निष्कर्षण, प्रवर्धन, अनुक्रमण और विश्लेषण में भिन्नताओं को कम करता है जो पूर्वाग्रह पेश करते हैं जो सूक्ष्मजीव सामुदायिक संरचना की तुलना को अमान्य कर सकते हैं। एक अन्य महत्वपूर्ण लक्ष्य यह निर्धारित करना है कि सूक्ष्मजीव समुदायों का पुनर्निर्माण विश्लेषणात्मक पूर्वाग्रहों से कैसे प्रभावित होता है। तकनीकी प्रगति की दर तेज है, और यह समझना आवश्यक है कि अद्यतन प्रोटोकॉल का उपयोग करने वाले डेटा की तुलना पहले की तकनीकों का उपयोग करके एकत्र किए गए डेटा से कैसे की जाएगी। इस परियोजना की जानकारी को विश्लेषण की सुविधा के लिए एक डेटाबेस में संग्रहीत किया जाएगा। अन्य उत्पादनों में प्रोटीन कार्य का एक वैश्विक एटलस और उनके वर्गीकरण वितरण द्वारा वर्गीकृत पुनः संयोजित जीनोम की एक सूची शामिल होगी। विधि नमूनाकरण, डी. एन. ए. निष्कर्षण, 16एस आर. आर. एन. ए. प्रवर्धन, 18एस आर. आर. एन. ए. प्रवर्धन और "शॉटगन" मेटाजेनॉमिक्स के लिए मानक प्रोटोकॉल विकसित किए गए हैं या विकास के अधीन हैं। गहरे समुद्र, ताजे पानी की झीलों, रेगिस्तानी रेत और मिट्टी सहित विभिन्न वातावरणों से उचित तरीकों का उपयोग करके नमूना संग्रह नमूने एकत्र किए जाएंगे। जब संभव हो तो मानकीकृत संग्रह प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाएगा, ताकि परिणाम तुलनीय हों। प्राकृतिक नमूनों से सूक्ष्मजीवों को हमेशा संवर्धित नहीं किया जा सकता है। इस वजह से, मेटाजेनॉमिक विधियों को एक संस्कृति-स्वतंत्र तरीके से एक नमूने में सभी डी. एन. ए. या आर. एन. ए. को अनुक्रमित करने के लिए नियोजित किया जाएगा। गीली प्रयोगशाला गीली प्रयोगशाला को आमतौर पर नमूनों के सूक्ष्मजीव भाग को चुनने और शुद्ध करने के लिए प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला करने की आवश्यकता होती है। शुद्धिकरण प्रक्रिया नमूने के प्रकार के अनुसार बहुत अलग हो सकती है। डी. एन. ए. को मिट्टी के कणों से निकाला जाएगा, या रोगाणुओं को निस्पंदन तकनीकों का उपयोग करके केंद्रित किया जाएगा। इसके अलावा, डी. एन. ए. उपज बढ़ाने के लिए विभिन्न प्रवर्धन तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कुछ शोधकर्ताओं द्वारा गैर-पीसीआर आधारित एकाधिक विस्थापन प्रवर्धन को प्राथमिकता दी जाती है। डी. एन. ए. निष्कर्षण, प्राइमर का उपयोग और पी. सी. आर. प्रोटोकॉल ऐसे सभी क्षेत्र हैं जो पूर्वाग्रह से बचने के लिए सावधानीपूर्वक मानकीकृत प्रोटोकॉल का पालन करने की आवश्यकता है। अनुक्रमण शोधकर्ता जैविक प्रश्न के आधार पर दो मुख्य दृष्टिकोणों का उपयोग करके एक मेटाजेनॉमिक नमूने को अनुक्रमित कर सकते हैं। मौजूद जीवों के प्रकार और प्रचुरता की पहचान करने के लिए, पसंदीदा दृष्टिकोण एक विशिष्ट जीन को लक्षित करना और बढ़ाना है, जो अक्सर रुचि की प्रजातियों के बीच अत्यधिक संरक्षित होता है, अक्सर बैक्टीरिया के लिए 16S राइबोसोमल RNA जीन और प्रोटिस्ट के लिए 18S राइबोसोमल RNA जीन। इस दृष्टिकोण को "गहरी अनुक्रमण" कहा जाता है, जो एक नमूने में दुर्लभ प्रजातियों की पहचान करने की अनुमति देता है। हालाँकि, यह दृष्टिकोण किसी भी पूरे जीनोम की असेंबली को सक्षम नहीं करेगा, और न ही यह जानकारी प्रदान करेगा कि जीव एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत कर सकते हैं। दूसरा तरीका शॉटगन मेटाजेनॉमिक्स है, जिसमें नमूने में सभी डी. एन. ए. को कतरित किया जाता है और टुकड़ों को अनुक्रमित किया जाता है। सिद्धांत रूप में, यह दृष्टिकोण पूरे माइक्रोबियल जीनोम की असेंबली और चयापचय संबंधों के अनुमान की अनुमति देता है। हालाँकि, यदि किसी दिए गए वातावरण में अधिकांश रोगाणुओं की विशेषताएँ नहीं हैं, तो डी नोवो असेंबली कम्प्यूटेशनल रूप से महंगी होगी। डेटा विश्लेषण ई. एम. पी. नमूना प्रसंस्करण के जैव सूचना विज्ञान पहलुओं को मानकीकृत करने का प्रस्ताव करता है। डेटा विश्लेषण में आमतौर पर निम्नलिखित चरण शामिल होते हैंः 1) डेटा को साफ करना। "एन" या अस्पष्ट न्यूक्लियोटाइड्स वाले किसी भी अनुक्रम को हटाकर कम गुणवत्ता वाले अंकों के साथ किसी भी रीड को साफ करने की पूर्व-प्रक्रिया और 2) अनुक्रमों को वर्गीकरण सौंपना जो आमतौर पर ब्लास्ट या आरडीपी जैसे उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है। बहुत बार, नए अनुक्रमों की खोज की जाती है जिन्हें मौजूदा वर्गीकरण के साथ मैप नहीं किया जा सकता है। इस मामले में, वर्गीकरण एक जातिजनित वृक्ष से प्राप्त होता है जो नए अनुक्रमों और निकट से संबंधित ज्ञात अनुक्रमों के एक पूल के साथ बनाया जाता है। अनुक्रमण प्रौद्योगिकी और अंतर्निहित जैविक प्रश्न के आधार पर अतिरिक्त तरीकों का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक असेंबली की आवश्यकता होगी यदि अनुक्रमित रीड्स किसी भी उपयोगी जानकारी का अनुमान लगाने के लिए बहुत छोटे हैं। एक असेंबली का उपयोग पूरे जीनोम के निर्माण के लिए भी किया जा सकता है, जो प्रजातियों के बारे में उपयोगी जानकारी प्रदान करता है। इसके अलावा, मान लीजिए कि एक माइक्रोबियल मेटाजेनम के भीतर चयापचय संबंधों को समझा जाना चाहिए। उस स्थिति में, डी. एन. ए. अनुक्रमों को एमिनो एसिड अनुक्रमों में अनुवादित करने की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए जीन भविष्यवाणी उपकरण जैसे जीनमार्क या फ्रैगजीनस्कैन का उपयोग करना। परियोजना का परिणाम ई. एम. पी. के चार प्रमुख परिणाम हैंः उनकी निर्णायकता की डिग्री के बावजूद, पृथ्वी माइक्रोबायोम परियोजना से उत्पन्न सभी प्राथमिक डेटा को "जीन एटलस" (जी. ए.) नामक एक केंद्रीकृत डेटाबेस में संग्रहीत किया जाएगा। जी. ए. में अनुक्रम डेटा, एनोटेशन और पर्यावरणीय मेटाडेटा होगा। ज्ञात और अज्ञात दोनों अनुक्रम, अर्थात। "डार्क मैटर" को इस उम्मीद में शामिल किया जाएगा कि समय के साथ अज्ञात अनुक्रमों को अंततः चिह्नित किया जा सकता है। एक स्वचालित पाइपलाइन का उपयोग करके एनोटेट किए गए इकट्ठा किए गए जीनोम को सार्वजनिक भंडारों में "अर्थ माइक्रोबायोम असेंबल्ड जीनोम" (ई. एम.-ए. जी.) में संग्रहीत किया जाएगा। ये तुलनात्मक जीनोमिक विश्लेषण को सक्षम करेंगे। "अर्थ माइक्रोबायोम विज़ुअलाइज़ेशन पोर्टल" (ई. एम.-वी. आई. पी.) के माध्यम से डेटा के इंटरैक्टिव विज़ुअलाइज़ेशन प्रदान किए जाएंगे, जो माइक्रोबियल मेकअप, पर्यावरणीय मापदंडों और जीनोमिक फ़ंक्शन के बीच संबंधों को देखने की अनुमति देगा। "अर्थ माइक्रोबायोम मेटाबोलिक रिकंस्ट्रक्शन" (ई. एम. एम. आर.) के माध्यम से पुनर्निर्मित चयापचय प्रोफाइल की पेशकश की जाएगी। चुनौती विभिन्न सूक्ष्मजीव समुदायों के विश्लेषण से उत्पन्न बड़ी मात्रा में अनुक्रम डेटा को संग्रहीत करने, व्यवस्थित करने और विश्लेषण करने के लिए एक चुनौती है। उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण मंच द्वारा प्रदान किए गए लघु पाठों से समस्या बढ़ जाती है जो कि ई. एम. पी. परियोजना में उपयोग किया जाने वाला मानक उपकरण होगा। बेहतर एल्गोरिदम, विश्लेषण उपकरण, बड़ी मात्रा में कंप्यूटर भंडारण और हजारों घंटे के सुपर कंप्यूटर समय तक पहुंच आवश्यक होगी। एक अन्य चुनौती बड़ी संख्या में अनुक्रमण त्रुटियों की उम्मीद है, और उन्हें एकत्र किए गए सूक्ष्मजीव नमूनों में वास्तविक विविधता से अलग करना है। अगली पीढ़ी की अनुक्रमण प्रौद्योगिकियां पुरानी अनुक्रमण विधियों की तुलना में भारी थ्रूपुट लेकिन कम सटीकता प्रदान करती हैं। एकल जीनोम का अनुक्रमण करते समय, इन विधियों की आंतरिक कम सटीकता की भरपाई कई प्रारंभिक बिंदुओं से विपरीत दिशाओं में कई बार पूरे जीनोम को कवर करने की क्षमता से की जाती है, लेकिन जीनोम के विविध मिश्रण का अनुक्रमण करते समय यह क्षमता सटीकता में कोई सुधार प्रदान नहीं करती है। मानक प्रोटोकॉल जारी किए जाने के बावजूद, प्रयोगशाला से प्रयोगशाला तक व्यवस्थित पूर्वाग्रह अपेक्षित हैं। कम बायोमास वाले नमूनों से डी. एन. ए. को बढ़ाने की आवश्यकता से डेटा में अतिरिक्त विकृतियां आएंगी। जीवों के विविध नमूनों में प्रमुख जीवों के जीनोम के संयोजन के लिए अनुक्रम डेटा के गीगाबाइट की आवश्यकता होती है। उच्च-प्रवाह अनुक्रमण प्रौद्योगिकियों में प्रगति के साथ, कई अनुक्रम बिना किसी प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित कार्य के सार्वजनिक डेटाबेस में प्रवेश कर रहे हैं, लेकिन जिन्हें एक ज्ञात अनुक्रम के साथ देखे गए समरूपताओं के आधार पर टिप्पणी की गई है। पहले ज्ञात अनुक्रम का उपयोग पहले अज्ञात अनुक्रम की व्याख्या करने के लिए किया जाता है, लेकिन एक समस्या जो सार्वजनिक अनुक्रम डेटाबेस में प्रचलित हो गई है, जिससे ई. एम. पी. को बचना चाहिए, वह यह है कि पहले अज्ञात अनुक्रम का उपयोग दूसरे अज्ञात अनुक्रम की व्याख्या करने के लिए किया जा रहा है। अनुक्रम समरूपता केवल कार्य का एक मामूली रूप से विश्वसनीय भविष्यवक्ता है। अर्थ बायोजिनोम प्रोजेक्ट ह्यूमन माइक्रोबायोम प्रोजेक्ट माइक्रोबायोम मेटाजेनॉमिक्स स्किन फ्लोरा नोट्स एक्सटर्नल लिंक्स द अर्थ माइक्रोबायोम प्रोजेक्ट सिस्टम्स बायोलॉजी एंड द माइक्रोबायोम यूएस एन. आई. एच. ह्यूमन माइक्रोबायोम प्रोजेक्ट पेज द इंटरनेशनल ह्यूमन माइक्रोबायोम कंसोर्टियम द सी. आई. एच. आर. कैनेडियन माइक्रोबायोम इनिशिएटिव Microbiome.org: एक माइक्रोबायोम विकी पोर्टल साइट। सूक्ष्म जीवविज्ञान सूक्ष्मजीव