宏基因組測(cè)序 服務(wù)介紹

       宏基因組測(cè)序是對(duì)特定環(huán)境樣品中的微生物群落基因組進(jìn)行高通量測(cè)序，以分析微生物群體基因組成多樣性與豐度，探求微生物與環(huán)境、微生物與宿主之間的關(guān)系，發(fā)掘和研究新的、具有特定功能的基因。宏基因組測(cè)序與傳統(tǒng)方法相比，無(wú)需進(jìn)行微生物分離培養(yǎng)，縮短了實(shí)驗(yàn)周期，并且在鑒定腸道、唾液、糞便、生殖道等醫(yī)學(xué)樣品中低豐度的微生物群落中更有優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行微生物群體的物種分類、群落結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進(jìn)化、基因功能分析以及物種間的代謝網(wǎng)絡(luò)等分析。

1、實(shí)驗(yàn)方案
      測(cè)序平臺(tái)與方式：Illumina平臺(tái)  PE150
      數(shù)據(jù)量：大于6G clean data

2、技術(shù)優(yōu)勢(shì)
（1）高通量：?jiǎn)未螠y(cè)序產(chǎn)生至少6G數(shù)據(jù)量，有利于發(fā)現(xiàn)特異物種信息，深度挖掘基因資源。
（2）快速高效：無(wú)需分離培養(yǎng)微生物，對(duì)微生物群落多樣性和功能基因等宏觀特征進(jìn)行研究，能更有效、準(zhǔn)確的反應(yīng)出微生物的真實(shí)狀態(tài)。
（3）信息全面：發(fā)現(xiàn)高豐度的物種，還能發(fā)現(xiàn)低豐度物種信息，構(gòu)建不同物種之間協(xié)同的代謝網(wǎng)絡(luò)。

3、數(shù)據(jù)分析
3.1 數(shù)據(jù)質(zhì)控
3.2 Metagenome 組裝
3.3  基因預(yù)測(cè)
3.4  物種注釋
3.5  功能注釋
3.6  物種和功能分析
3.7 抗性基因分析：獲得抗性基因豐度分布情況以及這些抗性基因的物種歸屬和抗性機(jī)制
3.8 其他高級(jí)分析：如 CCA/RDA 分析，腸型分析，拷貝數(shù)變異（CNV）分析，CAG/MLG分析，病原與宿主互作數(shù)據(jù)庫(kù)(PHI)注釋，分泌蛋白預(yù)測(cè)，III型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白預(yù)測(cè)，細(xì)菌致病菌毒力因子(VFDB)注釋，轉(zhuǎn)移元件分析（MGE）等；同時(shí)，結(jié)合環(huán)境因子、病理指標(biāo)或特殊表型進(jìn)行深入關(guān)聯(lián)研究，能夠
為進(jìn)一步深入研究和利用樣品的物種和功能提供理論依據(jù)。


4、技術(shù)流程 


宏基因組測(cè)序 案例分析  

       案例（1）宏基因組測(cè)序展示中國(guó)米酒中微生物組成和品質(zhì)的關(guān)系
       中國(guó)米酒（CRW）是中國(guó)一種常見(jiàn)的酒精飲料。為調(diào)查研究微生物組成對(duì)于CRW的質(zhì)量的影響，浙江大學(xué)研究人員使用高通量測(cè)序?qū)?10個(gè)米酒樣本進(jìn)行16s rDNA測(cè)序和真菌的ITS2進(jìn)行測(cè)序。生物信息分析得出，米酒變質(zhì)是由乳酸菌屬的比例過(guò)高導(dǎo)致，這也證實(shí)了酵母引子和最終米酒的質(zhì)量與微生物的分類組成相關(guān)。隨后，基于早期階段乳酸菌的含量，研究人員建立起一個(gè)模型來(lái)預(yù)測(cè)最后米酒的質(zhì)量。此外，從110個(gè)米酒樣本中挑選出20例有代表性的樣本，進(jìn)一步進(jìn)行宏基因組測(cè)序分析。結(jié)果顯示，米酒變質(zhì)是由乳酸菌在發(fā)酵早期的快速生長(zhǎng)導(dǎo)致的?；蚬δ芊治鲲@示了一些信號(hào)通路的重要性比如生物素的合成，乳酸發(fā)酵和短鏈脂肪酸的產(chǎn)生。最終結(jié)論為：微生物的新陳代謝影響米酒的質(zhì)量。因此，有益微生物的培養(yǎng)和干擾菌的抑制對(duì)于機(jī)械化釀酒同樣重要。

圖1 質(zhì)量好的米酒和質(zhì)量差的米酒的細(xì)菌和真菌的種群水平分布


 
圖2 宏基因組測(cè)序后的種群水平上的細(xì)菌與真菌組成分布圖
       案例（2）運(yùn)用代謝組和宏基因組聯(lián)合分析與冠心病相關(guān)的血漿和尿液微生物
       冠心?。–HD）是當(dāng)今社會(huì)最高的健康威脅因素，然而目前還沒(méi)有真正可靠的早期診斷和預(yù)防冠心病的方法。所以研究冠心病的機(jī)理和異常生物標(biāo)記物的發(fā)展是迫切需要的。在本次研究中，代謝組學(xué)和宏基因組技術(shù)都被應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)新的血漿中和尿液中的生物標(biāo)記物，同時(shí)跟蹤其起源；本研究對(duì)象為59例CHD患者和43例健康對(duì)照者。本研究確定了GlcNAc-6-P，一種具有很好的診斷性同時(shí)可以用作潛在的CHD的生物標(biāo)記物，還有甘露醇和15種血漿膽堿。這些確定的代謝物顯示出與臨床生物化學(xué)指標(biāo)的顯著相關(guān)性。并且，GlcNAc-6-P和甘露醇是腸道微生物潛在的代謝產(chǎn)物。這些結(jié)果顯示在CHD患者中會(huì)發(fā)生代謝的顯著異常和腸道微生物失調(diào)。

圖1 CHD和對(duì)照樣本的主成分分析


       
 圖2 尿液中代謝物的斯皮爾曼相關(guān)分析
       案例（3）慢性牙周炎病人牙齦組織中的一種新型TTMV病毒
       本研究通過(guò)病毒宏基因組測(cè)序的方式在牙周炎患者的牙齦組織中檢測(cè)到一個(gè)新的微小病毒，并命名為TTMV-222。TTMV-222的2830-核酸基因組與TTMV1-CBD279的全部的62.6%的核酸組成十分相似。這個(gè)新的病毒的基因組的基因組序列分析顯示出一個(gè)傳統(tǒng)的基因序列組成方式但是與已知的序列比對(duì)不上。在牙周炎患者群體（n=150）中TTMV-222的普遍存在要明顯高于健康組人群（n=150）（p=0.032）中，提示著這種新病毒可能與慢性牙周炎患者的炎癥反應(yīng)相關(guān)。

圖1 TTMV-222病毒的基因組結(jié)構(gòu)圖    


         
圖2 鄰位相連法構(gòu)建的ORF1核酸系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)

參考文獻(xiàn)
[1] Hong et al. Metagenomic sequencing reveals the relationship between microbiota composition and quality of Chinese Rice Wine. Scientific Reports, 2016.
[2] Feng et al. Integrated metabolomics and metagenomics analysis of plasma and urine identified microbial metabolites associated with coronary heart disease. Scientific Reports, 2016.
[3] Zhang et al. A novel species of torque teno mini virus (TTMV) in gingival tissue from chronic periodontitis patients. Scientific Reports, 2016.

宏基因組測(cè)序,宏基因組測(cè)序

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