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宏基因組

 產品簡介

       宏基因組學 (Metagenomics),又稱元基因組學,以特定生境中的整個微生物群落作為研究對象,采用新一代高通量測序技術,獲得環境微生物基因信息總和,研究環境微生物的群落結構、物種分類、系統進化、基因功能及代謝網絡等。宏基因組測序擺脫了傳統研究中微生物分離培養的技術限制,直接提取環境樣本 DNA 進行測序,具有通量高、速度快、信息全等特點,在鑒定低豐度的微生物群落、挖掘更多基因資源方面具有很大優勢,基于測序技術和生物信息學的快速發展,宏基因組技術優勢在微生物研究領域中愈發明顯,應用范圍愈發廣泛。

技術路線

案例解析

(一)宏基因組起源: 

說起宏基因組,J. Craig Venter這位怪蜀黍,在馬尾藻海(Sargasso sea)撈了一桶水才開創了宏基因組測序時代。

 

Venter J C, Remington K, Heidelberg J F, et al. Environmental genome shotgun sequencing of the Sargasso Sea[J]. science, 2004, 304(5667): 66-74

(二)人類腸道宏基因組:

接下來算是國人的驕傲了,華大基因領銜的人類腸道宏基因組時代。我想主要是華大當時一下買了100臺Illumina,無以倫比的測序通量,我想也只有華大了。說起來這篇文章亮點真的不是特別足。

Qin J, Li R, Raes J, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing[J]. nature, 2010, 464(7285): 59-65.

(三)牛的瘤胃宏基因組:

老外真正把宏基因組分析應用到工業生成中,試圖從牛的瘤胃中找尋可以分解纖維的酶,最后通過宏基因組測序分析,并且通過后續實驗就真正的到了真實的產 物。這篇文章現實意義很強。另外從分析角度值得關注CAzyme數據庫,從測序方面,為了盡可能保證宏基因組測序數據的準確 ,作者測序的文庫:200 base pairs (bp), 300 bp, 3 kbp, and 5 kbp 。

Hess M, Sczyrba A, Egan R, et al. Metagenomic discovery of biomass-degrading genes and genomes from cow rumen[J]. Science, 2011, 331(6016): 463-467.

(四)腸道型:

一群老外測了不同來源的人類腸道微生物,得出結論,不論按照國籍、性別,人類腸道聚類分析可以分成3類。給出了一個新的概念:腸道型。

Arumugam M, Raes J, Pelletier E, et al. Enterotypes of the human gut microbiome[J]. nature, 2011, 473(7346): 174-180.

(五)宏基因組與2型糖尿病:

人類腸道宏基因組又一力作,開創了基于case-control模式下,尋找biomarker的時代。后續類似的文章還有肝硬化與克羅恩病的文章。

Qin J, Li Y, Cai Z, et al. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes[J]. Nature, 2012, 490(7418): 55-60.

(六)通過宏基因組挽救危重病人

通過宏基因組挽救危重病人。文章發表在《新英格蘭醫學雜志》,將分析過程開發成工具發表在<<genome Reserach>>。


N, et al. A cloud-compatible bioinformatics pipeline for ultrarapid pathogen identification from next-generation sequencing of clinical samples[J]. Genome research, 2014, 24(7): 1180-1192.

Wilson M R, Naccache S N, Samayoa E, et al. Actionable diagnosis of neuroleptospirosis by next-generation sequencing[J]. New England Journal of Medicine, 2014, 370(25): 2408-2417.

(七)宏基因組與PM2.5: 

        清華大學通過宏基因組研究方法來研究PM2.5。盡管數據分析和結論都沒有什么可新鮮的。但是難的是從空氣中獲取微生物。這個實驗過程發表在nature子刊上。
Cao C, Jiang W, Wang B, et al. Inhalable microorganisms in Beijing’s PM2. 5 and PM10 pollutants during a severe smog event[J]. Environmental science & technology, 2014, 48(3): 1499-1507.
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