水稻基因组。葡萄基因组。最初的人类基因组计划。你可以这么说，Bonnie Hurwitz在她作为工业计算生物学家的12年里可能已经完成了这项工作，在那里她结合了她对基因组学和计算机编程的热爱。

Hurwitz，生物系统工程助理教授和BIO5研究所研究员，于2008年来到亚利桑那大学攻读博士学位。在生态学和进化生物学。她在短短四年内完成了整个程序 - 她在中间生了个孩子。她的女儿在Hurwitz的考试后8小时出生，影响了她母亲作为UA教员的研究。

Hurwitz说：“我对微生物中错综复杂的生命途径感兴趣。”“微生物与我们共生，形成一种微生物超级有机体，可以防止病原体通过我们的皮肤进入我们的系统。”

Hurwitz还是UA研究计算治理委员会的主席，他教授生物系统工程中遗传学，统计学和计算生物学的跨学科课程，在宏基因组学中工作，或者对样本中的整个微生物群落进行测序。与人类一样，微生物不是在真空中运作：它们受到其微生物群落及其所处环境的影响。

当医生擦拭患者的感染时，拭子中含有来自感染的细菌，但它也含有一些人类DNA和其他生物混合在一起。使用一种称为“全基因组鸟枪法测序”的过程，Hurwitz等科学家对整个样本进行测序努力了解有机体群体如何协同工作。有时，例如，病毒可以完全重新设计细菌的作用。

“当它们这样做时，它们可以改变细菌宿主的功能，进而影响环境或身体的生物过程，”Hurwitz说。“这些微观生物在我们的生活中发挥着重要作用，许多人并不欣赏。”

当然，在出现问题之前，我们并不欣赏它们。当Hurwitz首次在UA开始她的研究职位时，她的女儿患上了一种对抗生素没有反应的慢性耳部感染。

寻找答案时，Hurwitz决定自己擦拭女儿的耳朵并将样品送去测序。原因是土壤细菌对抗生素不敏感，不会在培养皿中生长，使临床微生物实验室无法检测到。解决方案不是抗生素;小手术解决了这个问题。

识别形式和功能

她女儿的案子相对简单。在Hurwitz实验室，研究人员经常与受非典型病原体影响的免疫受损患者合作 - 这些患者不会在培养皿中生长。检查这些病原体的唯一方法是对其DNA进行测序，并将数据与已知微生物的储存库进行比较，有时会为全新的微生物创建序列。

即使在进行这些比较时，基因组序列的相似性也并不总是等同于临床意义。例如，大肠杆菌和志贺氏菌具有几乎相同的基因组，但志贺氏菌基因组中的微小差异意味着它会导致痢疾。其他微生物，如M. schaedleri，是健康肠道的正常部分，但当它们变得过多时与结肠直肠癌有关。

Hurwitz说：“我们关心的不仅仅是谁在那里，而是关注多少，以及这些微生物如何一起旋转到复杂的社区。”“为什么某些生物体彼此共存?如果对人类健康或环境产生不同的干扰，这种变化会如何变化?我们如何才能将这些信息转化为对人类有用的东西?”

这就是Hurwitz和药理学研究助理教授George Watts正致力于全基因组鸟枪测序的原因。通过检查整个微生物群落的功能组成，科学家们可以确定一个人最合适的治疗方法，这可能会转化为具有足够相似的微生物群落的其他人。

“Hurwitz博士对于她希望病毒宏基因组学领域走向何方有着极好的愿景，”Hurwitz在研究生院遇到的生物系统工程助理教授Jana U'Ren说。“她在大数据分析方面的专业知识使得看似不可能的分析成为可能，而且她总是在推动极限。”

Hurwitz更为温和，将这一过程与亚马逊的“经常一起购买”功能进行了比较。

“嘿，你有这个特殊的微生物群落。其他像你一样服用这种抗生素并取得了成功，或者像你这样的其他人已经转向其他严重的干预措施，如手术，”她说。

在她的宏基因组学研究中，Hurwitz与细胞和分子医学教授Thomas Doetschman博士合作研究结肠癌，UA血管外科主任周博士研究糖尿病足溃疡，并与医学院的Dr. N. Nfonsam博士一起研究。结直肠癌手术。她的实验室还领导了其他几个涉及网络基础设施和测序算法的项目。

“她不仅是最顶尖的宏基因组研究人员之一，而且她看到了计算和计算思维可以为宏基因组学带来的好处，她拥有计算机科学方面的专业知识，可以将两个学科结合在一起，”副教授约翰哈特曼说。在科学学院，与Hurwitz分享了几笔资助。

她的基因组学工作的最终目标是让医生能够对患者的样本进行测序，以提供快速诊断和治疗计划。

“我所做的研究并不深奥。它的意思是应用，”Hurwitz说。“我们正致力于将新一代测序从研究领域转移到实践中。”