Earth Microbiome Project
ارتھ مائکرو بایوم پروجیکٹ (ای ایم پی) ایک پہل ہے جس کی بنیاد جینیٹ جینسن، جیک گلبرٹ اور روب نائٹ نے 2010 میں قدرتی نمونے جمع کرنے اور دنیا بھر میں مائکروبیل کمیونٹی کا تجزیہ کرنے کے لیے رکھی تھی۔ جرثومے بہت زیادہ، متنوع اور ماحولیات میں اہم ہیں۔ پھر بھی، یہ اندازہ لگایا گیا تھا کہ کل عالمی ماحولیاتی ڈی این اے ترتیب کی کوشش نے ایک لیٹر سمندری پانی یا ایک گرام مٹی میں پائے جانے والے کل ڈی این اے کا 1 فیصد سے بھی کم پیدا کیا تھا، اور جرثوموں کے درمیان مخصوص تعاملات بڑی حد تک نامعلوم ہیں۔ ای ایم پی کا مقصد مختلف بایومس میں 200,000 نمونوں پر کارروائی کرنا ہے، جس سے مائکروبیل ساخت اور تعامل کے ذریعے ماحول اور ماحولیاتی نظام کی خصوصیت کے لیے زمین پر جرثوموں کا ایک مکمل ڈیٹا بیس تیار ہوتا ہے۔ ان اعداد و شمار کا استعمال کرتے ہوئے نئے ماحولیاتی اور ارتقائی نظریات کی تجویز اور جانچ کی جا سکتی ہے۔ اداکار غیر سرکاری بین الاقوامی پروجیکٹ 2010 میں شروع کیا گیا تھا۔ جنوری 2018 تک، اس نے 161 اداروں کو درج کیا، یہ سب یونیورسٹیاں اور یونیورسٹی سے وابستہ ادارے ہیں، سوائے آئی بی ایم ریسرچ اور اٹلانٹا چڑیا گھر کے۔ کراؤڈ سورسنگ جان ٹیمپلٹن فاؤنڈیشن، ڈبلیو ایم کیک فاؤنڈیشن، یو ایس ڈیپارٹمنٹ کے ذریعہ ارگون نیشنل لیبارٹری سے آئی ہے۔ آسٹریلیائی ریسرچ کونسل، تولا فاؤنڈیشن، اور سیموئل لارنس فاؤنڈیشن۔ کمپنیوں نے اپنی نوعیت کی مدد فراہم کی ہے، جن میں ایم او بائیو لیبارٹریز، لوکا ٹیکنالوجیز، ایپینڈورف، بوریل جینومکس، الومینا، روچے اور انٹیگریٹڈ ڈی این اے ٹیکنالوجیز شامل ہیں۔ ارتھ مائکرو بایوم پروجیکٹ (ای ایم پی) کا بنیادی مقصد پروٹوکول کے ایک معیاری سیٹ کا استعمال کرتے ہوئے، وقت کے ساتھ ساتھ خلا میں، سیارے کے بہت سے ماحول میں مائکروبیل ساخت کا سروے کرنا رہا ہے۔ معیاری پروٹوکول کی ترقی نمونے نکالنے، وسعت، ترتیب اور تجزیہ میں تغیرات کو کم کرتی ہے جو تعصبات کو متعارف کراتی ہے جو مائکروبیل کمیونٹی ڈھانچے کے موازنہ کو کالعدم قرار دے سکتی ہے۔ ایک اور اہم مقصد یہ طے کرنا ہے کہ تجزیاتی تعصبات سے مائکروبیل کمیونٹیز کی تعمیر نو کس طرح متاثر ہوتی ہے۔ تکنیکی ترقی کی شرح تیز ہے، اور یہ سمجھنا ضروری ہے کہ تازہ ترین پروٹوکول کا استعمال کرتے ہوئے ڈیٹا کا موازنہ سابقہ تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے جمع کردہ ڈیٹا سے کیسے کیا جائے گا۔ تجزیہ کو آسان بنانے کے لیے اس پروجیکٹ کی معلومات کو ڈیٹا بیس میں محفوظ کیا جائے گا۔ دیگر نتائج میں پروٹین فنکشن کا ایک عالمی اٹلس اور ان کی درجہ بندی کی تقسیم کے ذریعہ درجہ بند دوبارہ جمع شدہ جینومز کا ایک کیٹلاگ شامل ہوگا۔ نمونے لینے، ڈی این اے نکالنے، 16 ایس آر آر این اے ایمپلیفیکیشن، 18 ایس آر آر این اے ایمپلیفیکیشن، اور "شاٹگن" میٹاجنومکس کے لیے معیاری پروٹوکول تیار کیے گئے ہیں یا زیر ترقی ہیں۔ گہرے سمندر، تازہ پانی کی جھیلوں، صحرا کی ریت اور مٹی سمیت مختلف ماحول سے مناسب طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے نمونے جمع کیے جائیں گے۔ جب ممکن ہو تو معیاری کلیکشن پروٹوکول استعمال کیے جائیں گے، تاکہ نتائج موازنہ کے قابل ہوں۔ قدرتی نمونوں سے حاصل ہونے والے جرثوموں کو ہمیشہ کلچر نہیں کیا جا سکتا۔ اس کی وجہ سے، ثقافت سے آزاد انداز میں نمونے میں تمام ڈی این اے یا آر این اے کو ترتیب دینے کے لیے میٹاجنومک طریقوں کو استعمال کیا جائے گا۔ ویٹ لیب نمونوں کے مائکروبیل حصے کو منتخب کرنے اور صاف کرنے کے لیے ویٹ لیب کو عام طور پر متعدد طریقہ کار انجام دینے کی ضرورت ہوتی ہے۔ نمونے کی قسم کے مطابق صفائی کا عمل بہت مختلف ہو سکتا ہے۔ ڈی این اے کو مٹی کے ذرات سے نکالا جائے گا، یا جراثیم کو فلٹریشن تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے مرتکز کیا جائے گا۔ اس کے علاوہ، ڈی این اے کی پیداوار کو بڑھانے کے لیے امپلیفکیشن کی مختلف تکنیکیں استعمال کی جا سکتی ہیں۔ مثال کے طور پر، غیر پی سی آر پر مبنی ایک سے زیادہ نقل مکانی کو بڑھانے کو کچھ محققین ترجیح دیتے ہیں۔ ڈی این اے نکالنے، پرائمرز کا استعمال، اور پی سی آر پروٹوکول وہ تمام شعبے ہیں جو تعصب سے بچنے کے لیے، احتیاط سے معیاری پروٹوکول پر عمل کرتے ہوئے انجام دینے کی ضرورت ہے۔ ترتیب دینے والے محققین حیاتیاتی سوال کے لحاظ سے دو اہم طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے میٹاجنومک نمونے کی ترتیب دے سکتے ہیں۔ موجود حیاتیات کی اقسام اور کثرت کی شناخت کے لیے، ترجیحی نقطہ نظر ایک مخصوص جین کو نشانہ بنانا اور بڑھانا ہے، جو اکثر دلچسپی کی انواع میں انتہائی محفوظ ہوتا ہے، اکثر بیکٹیریا کے لیے 16S رائبوسومل RNA جین اور پروٹسٹ کے لیے 18S رائبوسومل RNA جین۔ اس نقطہ نظر کو "ڈیپ سیکوینسنگ" کہا جاتا ہے، جو نمونے میں نایاب انواع کی شناخت کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ تاہم، یہ نقطہ نظر کسی بھی پورے جینوم کی اسمبلی کو قابل نہیں بنائے گا، اور نہ ہی یہ معلومات فراہم کرے گا کہ حیاتیات ایک دوسرے کے ساتھ کس طرح تعامل کر سکتے ہیں۔ دوسرا نقطہ نظر شاٹگن میٹاجنومکس ہے، جس میں نمونے میں موجود تمام ڈی این اے کو کاٹا جاتا ہے اور ٹکڑوں کو ترتیب دیا جاتا ہے۔ اصولی طور پر، یہ نقطہ نظر پورے مائکروبیل جینومز کی اسمبلی اور میٹابولک تعلقات کے تخمینے کی اجازت دیتا ہے۔ تاہم، اگر زیادہ تر جرثومے کسی مخصوص ماحول میں غیر خصوصیت والے ہیں، تو نووو اسمبلی کمپیوٹیشنل طور پر مہنگی ہوگی۔ ڈیٹا تجزیہ ای ایم پی نمونہ پروسیسنگ کے بائیو انفارمیٹکس پہلوؤں کو معیاری بنانے کی تجویز کرتا ہے۔ ڈیٹا تجزیہ میں عام طور پر درج ذیل مراحل شامل ہوتے ہیں: 1) ڈیٹا کو صاف کرنا۔ "این" یا مبہم نیوکلیوٹائڈز پر مشتمل کسی بھی ترتیب کو ہٹاتے ہوئے کم معیار کے اسکور کے ساتھ کسی بھی ریڈز کو صاف کرنے کا ایک پیشگی طریقہ کار اور 2) ترتیبات کو درجہ بندی تفویض کرنا جو عام طور پر BLAST یا RDP جیسے ٹولز کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔ اکثر، نئے سلسلے دریافت کیے جاتے ہیں جن کا موجودہ درجہ بندی سے نقشہ نہیں بنایا جا سکتا۔ اس صورت میں، درجہ بندی ایک فائیلوجنیٹک درخت سے ماخوذ ہے جو نئے ترتیبات اور قریب سے متعلق معروف ترتیبات کے تالاب کے ساتھ بنایا گیا ہے۔ ترتیب کی ٹیکنالوجی اور بنیادی حیاتیاتی سوال کے لحاظ سے اضافی طریقے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک اسمبلی کی ضرورت ہوگی اگر ترتیب شدہ ریڈز کسی بھی مفید معلومات کا اندازہ لگانے کے لیے بہت مختصر ہوں۔ ایک اسمبلی کو پورے جینوم کی تعمیر کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے، جو انواع کے بارے میں مفید معلومات فراہم کرتی ہے۔ مزید برآں، فرض کریں کہ مائکروبیل میٹاجنوم کے اندر میٹابولک تعلقات کو سمجھنا ہے۔ اس صورت میں، ڈی این اے کے سلسلے کو امینو ایسڈ کے سلسلے میں ترجمہ کرنے کی ضرورت ہے، مثال کے طور پر جین کی پیش گوئی کے اوزار جیسے جین مارک یا فریگ جین اسکین کا استعمال کرتے ہوئے۔ پروجیکٹ آؤٹ پٹ ای ایم پی کے چار کلیدی نتائج یہ رہے ہیں: ان کی حتمی حد سے قطع نظر، ارتھ مائیکرو بایوم پروجیکٹ سے تیار کردہ تمام بنیادی ڈیٹا کو "جین اٹلس" (جی اے) نامی مرکزی ڈیٹا بیس میں محفوظ کیا جائے گا۔ جی اے میں ترتیب کا ڈیٹا، تشریحات اور ماحولیاتی میٹا ڈیٹا ہوگا۔ دونوں معروف اور نامعلوم ترتیبات، یعنی۔ "ڈارک میٹر" کو اس امید پر شامل کیا جائے گا کہ وقت کے ساتھ نامعلوم ترتیبات کو بالآخر نمایاں کیا جا سکتا ہے۔ جمع شدہ جینوم، ایک خودکار پائپ لائن کا استعمال کرتے ہوئے تشریح شدہ، عوامی ذخائر میں "ارتھ مائیکرو بایوم اسمبلڈ جینوم" (ای ایم-اے جی) میں محفوظ کیے جائیں گے۔ یہ تقابلی جینومک تجزیہ کو قابل بنائیں گے۔ اعداد و شمار کی انٹرایکٹو ویژولائزیشنز "ارتھ مائیکرو بایوم ویژولائزیشن پورٹل" (ای ایم-وی آئی پی) کے ذریعے فراہم کی جائیں گی، جس سے مائیکروبیل میک اپ، ماحولیاتی پیرامیٹرز اور جینومک فنکشن کے درمیان تعلق کو دیکھا جا سکے گا۔ دوبارہ تشکیل شدہ میٹابولک پروفائلز "ارتھ مائیکرو بایوم میٹابولک ری کنسٹرکشن" (ای ایم ایم آر) کے ذریعے پیش کیے جائیں گے۔ چیلنجز متنوع مائکروبیل کمیونٹیز کے تجزیے سے پیدا ہونے والے سیکوینس ڈیٹا کی بڑی مقدار کو ذخیرہ کرنے، منظم کرنے اور تجزیہ کرنے کے لیے ایک چیلنج ہے۔ یہ مسئلہ ہائی تھرو پٹ سیکوینسنگ پلیٹ فارم کے ذریعہ فراہم کردہ مختصر ریڈز کی وجہ سے بڑھ جاتا ہے جو ای ایم پی پروجیکٹ میں استعمال ہونے والا معیاری آلہ ہوگا۔ بہتر الگورتھم، تجزیاتی ٹولز، کمپیوٹر اسٹوریج کی بڑی مقدار، اور ہزاروں گھنٹے کے سپر کمپیوٹر وقت تک رسائی ضروری ہوگی۔ ایک اور چیلنج ترتیب کی غلطیوں کی بڑی تعداد متوقع ہے، اور انہیں جمع کردہ مائکروبیل نمونوں میں حقیقی تنوع سے ممتاز کرنا ہے۔ اگلی نسل کی سیکوینسنگ ٹیکنالوجیز پرانے سیکوینسنگ طریقوں کے مقابلے میں بہت زیادہ لیکن کم درستگی فراہم کرتی ہیں۔ کسی ایک جینوم کی ترتیب دیتے وقت، ان طریقوں کی اندرونی کم درستگی کی تلافی متعدد ابتدائی نکات سے مخالف سمتوں میں متعدد بار پورے جینوم کا احاطہ کرنے کی صلاحیت سے زیادہ ہوتی ہے، لیکن جینوم کے متنوع مرکب کی ترتیب دیتے وقت یہ صلاحیت درستگی میں کوئی بہتری فراہم نہیں کرتی ہے۔ معیاری پروٹوکول کے جاری ہونے کے باوجود، لیب سے لیب تک منظم تعصبات کی توقع کی جاتی ہے۔ کم بائیو ماس والے نمونوں سے ڈی این اے کو بڑھانے کی ضرورت ڈیٹا کی اضافی مسخ کو متعارف کرائے گی۔ حیاتیات کے متنوع نمونوں میں غالب حیاتیات کے جینوموں کی اسمبلی کے لیے گیگا بائٹس ترتیب کے اعداد و شمار کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہائی تھرو پٹ سیکوینسنگ ٹیکنالوجیز میں ترقی کے ساتھ، بہت سے سلسلے عوامی ڈیٹا بیس میں داخل ہو رہے ہیں جن میں کوئی تجرباتی طور پر طے شدہ فنکشن نہیں ہے، لیکن جن کی وضاحت ایک معروف ترتیب کے ساتھ مشاہدہ شدہ ہم آہنگی کی بنیاد پر کی گئی ہے۔ پہلی معلوم ترتیب کو پہلی نامعلوم ترتیب کی تشریح کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، لیکن ایک مسئلہ جو عوامی ترتیب کے ڈیٹا بیس میں رائج ہو گیا ہے، جس سے ای ایم پی کو بچنا چاہیے، وہ یہ ہے کہ پہلی نامعلوم ترتیب کو دوسری نامعلوم ترتیب کی تشریح کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے۔ سیکوینس ہومیولوجی فنکشن کا صرف ایک معمولی قابل اعتماد پیش گوئی کرنے والا ہے۔ ارتھ بائیو جینوم پروجیکٹ ہیومن مائکرو بایوم پروجیکٹ مائکرو بایوم میٹاجنومکس سکن فلاورا نوٹس بیرونی روابط ارتھ مائکرو بایوم پروجیکٹ سسٹمز بائیولوجی اینڈ مائیکرو بایوم یو ایس این آئی ایچ ہیومن مائکرو بایوم پروجیکٹ پیج انٹرنیشنل ہیومن مائکرو بایوم کنسورشیم سی آئی ایچ آر کینیڈین مائکرو بایوم انیشی ایٹو Microbiome.org: ایک مائکرو بایوم ویکی پورٹل سائٹ۔ مائکرو بایولوجی مائکرو بایومس