Kháng kháng sinh (AMR – Antimicrobial Resistance) là một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với sức khỏe toàn cầu. Việc xác định chính xác các chủng vi khuẩn kháng thuốc và các gen kháng kháng sinh (ARGs – Antimicrobial Resistance Genes) đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu sự phát triển, lan truyền của AMR và đưa ra các biện pháp điều trị phù hợp.
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ giải trình tự thế hệ mới (NGS – Next-Generation Sequencing) đã mở ra cơ hội lớn cho việc phân tích hệ gen vi khuẩn, giúp các nhà nghiên cứu và chuyên gia y tế thu thập dữ liệu toàn diện về cơ chế kháng thuốc. Tuy nhiên, việc sử dụng các công cụ phân tích tin sinh học vẫn còn là thách thức, đặc biệt đối với những người có ít kinh nghiệm trong lĩnh vực này, cũng như đối với các nhà khoa học ở các nước có thu nhập trung bình và thấp (LMICs – Low- and Middle-Income Countries).
Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Dịch tễ học Di truyền học (CGE – Center for Genomic Epidemiology), Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU) đã phát triển ResFinder – một công cụ tin sinh học trực tuyến miễn phí, dễ sử dụng, giúp các nhà khoa học và vi sinh học nhanh chóng xác định gen kháng kháng sinh từ dữ liệu hệ gen vi khuẩn. Công cụ này không chỉ hỗ trợ các nhà nghiên cứu có chuyên môn cao, mà còn giúp các phòng thí nghiệm thông thường có thể tự thực hiện phân tích AMR một cách đơn giản và hiệu quả.
MỤC LỤC BÀI VIẾT
Cách Hoạt Động của ResFinder
Cấu trúc quy trình xử lý dữ liệu của ResFinder
ResFinder hoạt động bằng cách so sánh trình tự DNA của vi khuẩn với cơ sở dữ liệu chứa các gen kháng kháng sinh đã biết. Công cụ sử dụng phương pháp tìm kiếm dựa trên trình tự (BLAST hoặc KMA) để xác định các đoạn DNA tương đồng với gen kháng.
-
Dữ liệu đầu vào
Người dùng có thể cung cấp dữ liệu dưới dạng:
- FASTQ: Dữ liệu đọc thô từ nền tảng giải trình tự (Illumina, Oxford Nanopore, PacBio,…).
- FASTA: Các contig hoặc bộ gen đã lắp ráp.
-
Kết quả đầu ra
ResFinder cung cấp:
- Danh sách các gen kháng kháng sinh được phát hiện.
- Tỷ lệ tương đồng (Identity%) giữa trình tự phát hiện và trình tự trong cơ sở dữ liệu.
- Độ phủ (Coverage%) của trình tự gen kháng.
- Thông tin về loại kháng sinh mà vi khuẩn có thể kháng dựa trên các gen được tìm thấy.
Cách Sử Dụng ResFinder
Có hai cách chính để sử dụng ResFinder:
-
Sử dụng trên giao diện web
Trang web chính thức của ResFinder: https://cge.food.dtu.dk/services/ResFinder/
- Tải lên tệp FASTQ hoặc FASTA.
- Chọn các tùy chọn phù hợp (ví dụ: mức độ tương đồng tối thiểu).
- Nhấn “Start analysis” và chờ kết quả.
2. Sử dụng trên dòng lệnh (Command-line)
ResFinder cũng có thể được chạy trên máy chủ hoặc máy tính cá nhân bằng cách tải mã nguồn từ GitHub.
Phát Triển và Cải Tiến ResFinder
-
Quá trình phát triển ban đầu
Ban đầu, ResFinder được viết bằng Perl và sử dụng BLAST để so sánh trình tự đầu vào với cơ sở dữ liệu. Tuy nhiên, do mã nguồn được duy trì bởi nhiều nghiên cứu sinh và PostDoc khác nhau, việc bảo trì trở nên khó khăn. Nhận thấy nhu cầu ngày càng tăng đối với ResFinder, nhóm phát triển đã viết lại toàn bộ mã nguồn bằng Python trong phiên bản 3 để tăng tính ổn định và dễ bảo trì hơn.
-
Phát hiện đột biến điểm (PointFinder)
AMR có thể xảy ra không chỉ do gen được truyền ngang mà còn do đột biến điểm trong các gen hiện có. Vì vậy, PointFinder đã được phát triển để xác định các đột biến kháng kháng sinh trong các loài vi khuẩn như Salmonella, E. coli, Campylobacter jejuni và Campylobacter coli. Ban đầu, PointFinder là một công cụ riêng biệt nhưng hiện đã được tích hợp vào ResFinder.
-
Cải tiến trong phân tích dữ liệu thô
Trước đây, ResFinder chỉ chấp nhận dữ liệu genome đã lắp ráp. Tuy nhiên, việc lắp ráp dữ liệu thô yêu cầu tài nguyên tính toán lớn và có thể tạo lỗi. Để giải quyết vấn đề này, nhóm phát triển đã tích hợp thuật toán KMA (K-mer Alignment Algorithm) vào ResFinder. KMA giúp giảm đáng kể thời gian phân tích mà không cần lắp ráp trước dữ liệu, cho phép ResFinder xử lý một mẫu WGS chỉ trong vòng dưới 10 giây.
-
Dự đoán kiểu hình kháng kháng sinh
Với phiên bản 4.0, ResFinder không chỉ xác định gen kháng mà còn dự đoán kiểu hình kháng thuốc của vi khuẩn dựa trên một cơ sở dữ liệu gồm hơn 3124 biến thể gen. Tính năng này hiện áp dụng cho các loài quan trọng như E. coli, Salmonella, Staphylococcus aureus, Mycobacterium tuberculosis,… Kết quả đánh giá cho thấy độ chính xác của dự đoán kiểu hình đạt trên 95%.
-
Quản lý và sử dụng ResFinder
ResFinder hiện được tổ chức thành ba kho Git riêng biệt:
- Cơ sở dữ liệu ResFinder: chứa các gen kháng được truyền ngang.
- Cơ sở dữ liệu PointFinder: chứa thông tin về các đột biến điểm liên quan đến kháng kháng sinh.
- Phần mềm ResFinder: công cụ thực hiện quá trình tìm kiếm gen kháng và dự đoán kiểu hình.
Ngoài ra, ResFinder cũng có thể chạy dưới dạng Docker container, giúp dễ dàng tích hợp vào các pipeline bioinformatics. Đối với người dùng không có kinh nghiệm lập trình, ResFinder vẫn cung cấp giao diện web đơn giản và dễ sử dụng.
Ứng Dụng Thực Tế
ResFinder được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực:
- Y học lâm sàng: Hỗ trợ xác định các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh để đưa ra phác đồ điều trị phù hợp.
- Dịch tễ học: Giám sát sự lan rộng của vi khuẩn kháng kháng sinh trong bệnh viện và cộng đồng.
- Nông nghiệp & Công nghiệp thực phẩm: Phát hiện vi khuẩn kháng kháng sinh trong thực phẩm và môi trường chăn nuôi.
- Nghiên cứu khoa học: Phân tích hệ gen vi khuẩn để hiểu cơ chế kháng thuốc.
ResFinder là một công cụ mạnh mẽ giúp xác định gen kháng kháng sinh từ dữ liệu giải trình tự hệ gen vi khuẩn. Công cụ này đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và kiểm soát vi khuẩn kháng thuốc, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Tài Nguyên Tham Khảo
https://cge.food.dtu.dk/services/ResFinder/
https://github.com/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
LOBI Vietnam là công ty tiên phong trong lĩnh vực Đọc trình tự gen thế hệ mới NGS (Next Generation Sequencing) và Phân tích Tin sinh học. Liên hệ hotline/Zalo 092.510.8899 để biết thêm chi tiết.
