Dlaczego różne mikroorganizmy współistnieją w różnych środowiskach i jak na siebie wzajemnie oddziałują? Odpowiedzi będą poszukiwać wspólnie bioinformatycy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego i informatycy z Uniwersytetu w Białymstoku. Konsorcjum złożone z tych dwóch uczelni uzyskało grant w rozstrzygniętym właśnie konkursie SONATA BIS zorganizowanym przez Narodowe Centrum Nauki.

Liderem projektu, wartego w sumie 2 784 522 zł, będzie Małopolskie Centrum Biotechnologii UJ, a badania zrealizuje zespół dr. hab. inż. Pawła Łabaja. Pracami po stronie UwB pokieruje dr Krzysztof Mnich z Uniwersyteckiego Centrum Obliczeniowego, który będzie współpracować z Instytutem Informatyki UwB. Na swoje projektowe zadania największa podlaska uczelnia otrzyma ponad 966 tys. zł. Tytuł projektu brzmi: „Rozszerzona charakteryzacja mikrobiomu z wykorzystaniem synergii wewnętrznych społeczności mikrobiomowej dla lepszego zrozumienia ekspozomu”.

Jak wyjaśniają naukowcy, dzięki badaniom naukowym coraz lepiej rozumiemy jak bardzo na zdrowie i dobrobyt człowieka wpływa środowisko – w tym wszelkiego rodzaju społeczności mikroogranizmów (mikrobiomy) żyjące w naszym otoczeniu: w miastach, miejscach pracy, domu, "na nas" (skóra) czy "w nas" (układ pokarmowy). Wszystkie te mikrobiomy wchodzą w skład tzw. ekspozomu, czyli sumy czynników oddziałujących na organizm.
 
- Dzięki najnowszym technologiom sporo wiemy o poszczególnych mikrobiomach, np. o mikrobiomie jelitowym i jego związkach z takimi chorobami, jak np. zespół jelita drażliwego czy wrzodziejące zapalenie jelita grubego, albo o mikroorganizmach rezydujących w systemach transportu publicznego. Natomiast nadal brakuje nam wiedzy dlaczego pewne gatunki żyją razem w określonych miejscach, regionach i warunkach – wyjaśnia dr hab. Witold Rudnicki prof. UwB, dyrektor Uniwersyteckiego Centrum Obliczeniowego UwB. – W naszym przekonaniu mikroorganizmy należałoby postrzegać jako jeden "metaorganizm", w którym rozmaite drobnoustroje realizują konkretne, unikalne funkcje, oddziałując na siebie nawzajem i zapewniając sobie wzajemnie  „samopodtrzymujące się” środowisko życia.

Badacze chcą kompleksowo przeanalizować tysiące różnych mikroorganizmów, dowiedzieć się, które gatunki przyczyniają się do rozwoju swoich społeczności, jakie zależności warunkują ich przetrwanie, jakie są widoczne i dyskretne powiązania między różnymi drobnoustrojami. Pomóc ma w tym nowatorskie podejście Data Science i Big Data.

- Istnieje ogromna ilość danych metagenomicznych, czyli danych o łącznej informacji genetycznej mikroorganizmów znajdujących się w jednej próbce, które były zebrane i badane w wielu projektach na całym świecie. Próbki były pobierane z rozmaitych miejsc, czy na przykład od osób chorych na różne choroby. Dane dotyczą zidentyfikowanych mikroorganizmów, zależności między nimi, jakie da się zaobserwować, albo składu badanego materiału genetycznego. Chcemy tę wiedzę połączyć, a potem przeszukiwać dane pod kątem specyficznych informacji, kontekstów występowania mikroorganizmów o określonych cechach – zapowiada dr hab. inż. Paweł Łabaj z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ.  

- Naszą rolą będzie dostarczenie narzędzi informatycznych do analiz relacji między drobnoustrojami w mikrobiomach, zachodzących tam synergii. Stworzymy programy wykorzystujące zaawansowane techniki uczenia maszynowego, które pozwolą wyłuskać nieoczywiste na pierwszy rzut oka relacje między mikroorganizmami, które są jednak kluczowe dla egzystencji całego mikrobiomu – mówi  dr Krzysztof Mnich z Uniwersyteckiego Centrum Obliczeniowego UwB.  

Jak mówią naukowcy, uzyskana w ten sposób wiedza może przynieść wiele nowych informacji np. na temat zmian zachodzących w środowisku, przyczyn i przebiegu niektórych chorób czy czynników sprzyjających ich rozprzestrzenianiu.

Projekt będzie realizowany przez 4 lata.

Na zdjęciu zespół Uniwersyteckiego Centrum Obliczeniowego UwB.
Od lewej: mgr inż. Mirosław Najbuk; dr hab. Witold Rudnicki, prof. UwB; dr Krzysztof Mnich; mgr Radosław Piliszek.