Сравнительное исследование инструментов выравнивания последовательностей для выявления устойчивости к антибиотикам в бактериальных метагеномах

Целью было сравнить эффективность Bowtie2, bwa-mem, blastn и blastx при выравнивании бактериальных метагеномов относительно Комплексной базы данных устойчивости к антибиотикам (CARD). Для оценки каждого инструмента использовали смоделированные риды по четырём критериям эффективности: правильно картированные риды, ложноположительные результаты, множественно картированные риды и частично картированные риды. Оптимальный подход к выравниванию применили к образцам из двух очистных сооружений сточных вод для выявления генов устойчивости к антибиотикам методом секвенирования нового поколения. Среди четырёх рассмотренных подходов наибольшую точность картирования продемонстрировал blastn, за ним следовал Bowtie2. При выравнивании относительно CARD инструмент blastx дал больше всего ложноположительных результатов и множественно картированных ридов. Эффективность каждого инструмента также оценивали на безошибочных ридах. Хотя каждый инструмент картировал больше безошибочных ридов, чем ридов с ошибками Illumina, в целом внесение ошибок секвенирования мало влияло на результаты выравнивания относительно CARD. По совокупности критериев наиболее предпочтительным инструментом оказался blastn, поэтому его использовали для оценки генов устойчивости в образцах сточных вод. В каждом образце преобладали гены устойчивости к β-лактамам и аминогликозидам.

Значимость и влияние исследования: Гены устойчивости к антибиотикам относятся к загрязнителям, способным сохраняться на очистных сооружениях сточных вод и в других средах, поэтому методы их выявления приобретают всё большее значение. Секвенирование нового поколения привело к появлению множества инструментов выравнивания последовательностей, позволяющих получать целостную картину устойчивости к противомикробным препаратам в образцах окружающей среды. Однако стандартизация методов метагеномных исследований генов устойчивости к антибиотикам затруднена, поскольку результаты, получаемые с помощью разных инструментов выравнивания, могут значительно различаться. В настоящем исследовании представлены результаты выравнивания синтетических и реальных бактериальных метагеномов относительно базы данных генов устойчивости к антибиотикам с использованием нескольких инструментов, а также оптимальный подход к выявлению этих генов в образцах окружающей среды.