宏基因組測序揭示神秘的生命領域

宏基因組測序揭示神秘的生命領域

2016年10月26日訊 美國國家能源部Lawrence Berkeley實驗室和加州大學伯克利分校的研究人員采用科羅拉多蓄水層的沉積物和地下水樣本，通過宏基因組測序重建了二千五百多個微生物的基因組。這項研究發(fā)表在十月二十四日的Nature Communications雜志上，為人們揭示了地下世界驚人的生物學多樣性，給生命之樹增添了幾十個新的分支。

微生物幾乎是無所不在的，它們對生態(tài)環(huán)境和人體健康起到了不容忽視的作用。然而人們對微生物的了解還相當匱乏，因為許多微生物是無法在實驗室中培養(yǎng)的。過去的微生物組研究主要是進行16S rDNA基因測序。隨著測序成本的直線下降，針對整個菌群的宏基因組測序越來越受到青睞，因為這一技術能夠提供更全面的基因組和功能信息。

這項研究獲得的基因組覆蓋了已知細菌類群的80%，對于一個特定地點來說這樣的生物多樣性相當驚人。研究人員還發(fā)現了47種新細菌并為它們一一命名。加上去年報告的35種細菌，研究人員使已知細菌的種類增加了一倍。

“為了更好地理解這些地下微生物承擔的功能，我們分析了它們的整個基因組。研究顯示，這些微生物之間的相互依存關系比我們之前看到的更加緊密，”這篇文章的第一作者，加州大學伯克利分校的Karthik Anantharaman說。這些地下微生物相互協作，共同推動地球上至關重要的碳循環(huán)、氫循環(huán)、氮循環(huán)和硫循環(huán)。

此前，美國能源部聯合基因組研究所的研究團隊收集了來自1776種環(huán)境（包括17個人體區(qū)域）的微生物宏基因組數據，在其中尋找所謂的“重編碼事件”。他們專門就終止密碼子（命令蛋白合成停止的遺傳序列）的重編碼事件進行分析，尋找那些把終止密碼子當成“前進”信號，還繼續(xù)往蛋白上添加氨基酸的事件。研究表明，這樣的事件在環(huán)境樣本中大量存在。

人類消化道居住的大量微生物被統(tǒng)稱為腸道微生物組。腸道微生物組在人類代謝食物、抵御感染和應答藥物等過程中起到了重要的作用，許多人類疾病都與微生物組失衡有關。我們知道腸道菌群的菌種組成是因人而異的，宏基因組測序進一步揭示了微生物組驚人的復雜性。華盛頓大學的科學家們發(fā)現，在人們共有的一些細菌中還存在著廣泛的菌株差異。這是首次在腸道菌群中大規(guī)模分析菌種內部的基因變異。

J. Craig Venter研究所的研究團隊在Venter本人的領導下，用不同的二代測序文庫制備方法進行宏基因組測序。他們發(fā)現，文庫制備方法會顯著影響人類微生物組研究中的基因組和功能預測。這項研究發(fā)表在美國國家科學院院刊PNAS雜志上。Venter是基因組測序的先行者，還合成了首個人造細胞，被稱為“科學狂人”。

什么是宏基因組？宏基因組的目的如何？簡述其關鍵技術要點。

宏基因組是指即在一個生境中所有微小生物（多指微生物）遺傳物質的總和。宏基因組研究將揭示更高更復雜層次上的生命運動規(guī)律。細菌宏基因組細菌人工染色體文庫篩選和基因系統(tǒng)學分析使研究者能更有效地開發(fā)細菌基因資源，更深入地洞察細菌多樣性。 PS：歡迎您 和 非常檸檬 選擇 【生科聯】大家有關生物的問題可以盡管交流。

二代測序和宏基因組的區(qū)別

二代測序和宏基因組的區(qū)別在于：
1、二代測序是宏基因組學研究的主要測序方法。以典型的二代測序平臺Illumina為例，其測序原理是基于橋式聚合酶鏈式反應（PCR）的邊合成邊測序，特點是讀長短、準確性高。和一代測序相比，具有測序速度快、準確性高以及成本低的優(yōu)良特性。
2、宏基因組測序的定義：宏基因組測序(MetagenomicsSequencing)是對環(huán)境樣品中全部微生物的總DNA(也稱宏基因組：Metagenomic)進行高通量測序，主要研究微生物種群結構、基因功能活性、微生物之間的相互協作關系以及微生物與環(huán)境之間的關系。宏基因組測序研究擺脫了微生物分離純培養(yǎng)的限制，擴展了微生物資源的利用空間，為環(huán)境微生物群落的研究提供了有效工具。

宏基因組學在微生物學研究方面有哪些優(yōu)勢，目前瓶頸是什么

宏基因組學在微生物學研究方面有哪些優(yōu)勢
宏基因組學研究的對象是特定環(huán)境中的總DNA，不是某特定的微生物或其細胞中的總DNA，不需要對微生物進行分離培養(yǎng)和純化，這對我們認識和利用95%以上的未培養(yǎng)微生物提供了一條新的途徑。已有研究表明，利用宏基因組學對人體口腔微生物區(qū)系進行研究，發(fā)現了50多種新的細菌，這些未培養(yǎng)細菌很可能與口腔疾病有關。此外，在土壤、海洋和一些極端環(huán)境中也發(fā)現了許多新的微生物種群和新的基因或基因簇，通過克隆和篩選，獲得了新的生理活性物質，包括抗生素、酶以及新的藥物等。

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