Culturomics: Nhân tố mới trong cuộc chơi Omics

Tổng hợp và lược dịch bởi: TS. BS. Hồ Thị Nhân

Phương pháp này bổ sung cho phương pháp giải trình tự metagenome giúp nghiên cứu toàn diện về hệ vi sinh vật của con người và vai trò của nó đối với sức khỏe và bệnh tật. Với một số lượng lớn các loài vi khuẩn mới được xác định trong một thời gian ngắn, ‘culturomics’ đã nhấn mạnh nhu cầu về các phương pháp mới để phân loại vi sinh vật (taxonomy) một cách chi tiết và khách quan hơn bao gồm việc sử dụng các công cụ hiện đại như phân tích bộ gen (genomic) và protein thông lượng cao (proteomic) [1]. 

Culturomics cùng với các phương pháp giải trình tự bộ gen giúp cá thể hóa điều trị trên lâm sàng. Culturomics đã đưa nuôi cấy vi sinh vật trở lại cuộc chơi một cách đột phá và hữu ích hơn trong thời đại omics và dữ liệu lớn của thế kỷ 21. Culturomics có thể ứng dụng cho nhiều lĩnh vực như Y khoa, nông nghiệp, khoa học môi trường, dược vi sinh và công nghệ sinh học. Đồng thời cũng đòi hỏi một thế hệ các nhà khoa học dữ liệu mới và những phương pháp mới để có thể khai thác hiệu quả nhiều loại dữ liệu lớn ngoài dữ liệu bộ gen. Culturomics vừa mở rộng phạm vi vừa nâng tầm những đóng góp của vi sinh học đối với chẩn đoán và y học cá thể hóa, giúp hiểu đặc điểm của vi sinh vật và xác định mối liên hệ của chúng với tình trạng sức khỏe cũng như bệnh lý [2]. 

Một ví dụ của culturomics là nghiên cứu vừa đăng trên tạp chí Nature biotechnology đầu năm 2023. Nhóm các nhà khoa học của đại học Columbia, Hoa Kỳ đã phát triển một phương pháp học máy tận dụng dữ liệu hình thái và bộ gen của vi khuẩn để tối đa hóa sự đa dạng của các vi khuẩn được phân lập và cho phép định danh phân loại vi khuẩn một cách hiệu quả. Họ ứng dụng phương pháp này cho mẫu phân của 20 người và tạo ra các ngân hàng sinh học hệ vi sinh vật đường ruột được cá nhân hóa với tổng số hơn 26 ngàn loài được phân lập đại diện cho > 80% của tất cả các loài vi sinh vật. Phân tích không gian trên hơn 100 ngàn khóm vi khuẩn (colonies) được chụp trực quan cho thấy vai trò quan trọng của sự tương tác giữa các vi khuẩn thông qua mô hình đồng phát triển giữa các họ Ruminococcaceae, Bacteroidaceae, Coriobacteriaceae và Bifidobacteriaceae. Phân tích so sánh 1197 bộ gen chất lượng cao từ các ngân hàng sinh học này cho thấy sự tiến hóa, chọn lọc và chuyển gen ngang trong từng cá thể và giữa các cá thể. Phương pháp culturomics này tạo tiền đề cho các hướng nghiên cứu mới về hệ vi sinh vật nhằm hệ thống hóa việc thu thập và phân tích định lượng các kiểu hình dựa trên hình ảnh cùng với dữ liệu bộ gen có độ phân giải cao [3].

Culturomics là khái niệm còn tương đối mới trên thế giới và chưa được thực hiện ở Việt Nam. Vì thế, đây có thể là hướng nghiên cứu và phát triển tiềm năng cho Việt Nam và Vinmec trong tương lai, nhất là khi nghiên cứu và ứng dụng về hệ vi sinh vật (microbiome) được phát huy. Để có thể theo được xu hướng mới, xây dựng và phát triển năng lực về tin sinh học đặc biệt về khai thác dữ liệu omics kết hợp với dữ liệu lớn khác là vô cùng cần thiết.  

Tài liệu tham khảo

1. Rita Abou Abdallah et al. The impact of culturomics on taxonomy in clinical microbiology. Antonie van Leeuwenhoek volume 110, pages1327–1337 (2017). https://link.springer.com/article/10.1007/s10482-017-0871-1
2. Manousos E Kambouris  et al. Culturomics: A New Kid on the Block of OMICS to Enable Personalized Medicine. OMICS. 2018 Feb;22(2):108-118. doi: 10.1089/omi.2017.0017. Epub 2017 Apr 12. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28402209/
3. Yiming Huang et al. High-throughput microbial culturomics using automation and machine learning. Nature Biotechnology (2023). https://www.nature.com/articles/s41587-023-01674-2

0