呼吸道感染样本病毒宏基因组学技术及其应用进展

呼吸道感染在世界范围内造成巨大的医疗负担,导致呼吸道感染的病原非常多,快速准确判断感染病原对有效地预防控制及临床诊治至关重要。高通量测序及病毒宏基因组学技术近年来不断发展并越来越多地用于呼吸道感染的临床诊断及研究中。本文就呼吸道感染样本病毒宏基因组学技术(呼吸道感染样本前处理、高通量测序文库的准备、测序数据处理方法)及其应用进展进行简要的综述。     

土壤宏基因组学技术及其应用

传统的基于培养的研究方法只能反映土壤中少数(0.1%～10 %)微生物的信息,而大部分微生物目前还不能培养,因而这部分微生物资源尚难以被有效地开发利用.宏基因组学是分子生物学技术应用于环境微生物生态学研究而形成的一个新概念,主要技术包括土壤DNA的提取、文库的构建和目标基因克隆的筛选.它可为揭示微生物生态功能及其分子基础提供更全面的遗传信息,并已在微生物新功能基因筛选、活性物质开发和微生物多样性研究等方面取得了显著成果.本文对土壤宏基因组学技术的方法和应用作了详细介绍.     

海洋宏基因组学研究进展

宏基因组学作为研究微生物种群生态分布、群体遗传特征和基因相互作用的新兴学科,在未培养微生物资源的开发利用上取得了突破性进展,已成为海洋等极端环境中分离与鉴定新型工业酶制剂的有效工具。综述海洋宏基因组学研究进展,以及宏基因组学领域中如新一代测序技术等,以期为从海洋环境中开发具有工业潜力和应用价值的新型生物催化剂提供参考。     

中国部分地区蝙蝠携带病毒的宏基因组学分析

蝙蝠携带有60多种病毒,其中许多对人有高度致病性.为了解中国蝙蝠携带病毒的自然本底、蝙蝠病毒的多样性和挖掘潜在的病毒病原,通过基于Solexa高通量测序的病毒宏基因组学技术对从吉林、云南、湖南采集的蝙蝠组织进行病毒组学研究,获得了11 644 232条读长(Reads),并拼接出44 872条重叠序列(Contig).通过核酸序列注释发现,其中8.2％(4 002/44 872)的重叠序列与病毒相关,能进一步注释到36个病毒科,包括19种脊椎动物病毒、6种植物病毒、4种昆虫病毒和4种噬菌体.通过对重叠序列的遗传进化分析、多序列比对显示,被注释为细小病毒、腺联病毒、博卡病毒、腺病毒、小双节RNA病毒等的重叠序列与已知病毒相似,部分序列却又呈现出明显的序列差异.通过对腺病毒和博卡病毒进一步的PCR扩增证实了此研究方法可靠.旨在了解我国蝙蝠携带病毒组的构成,对建立高效的野生动物源人兽共患病的监测方法提供参考.     

宏基因组学及其在口腔微生物研究中的应用

宏基因组是指环境中所有微生物的遗传物质总和。宏基因组学技术可以最大限度地利用环境中的微生物资源,受到了国内外微生物研究者的重点关注。口腔中寄居着大量的微生物群落,以往对口腔疾病微生物的研究大多局限于单纯的细菌培养技术,然而,由于培养技术的局限性,部分微生物很难或根本不能培养,宏基因组学技术打破了这一局限性,帮助人类发掘更丰富的口腔微生物资源。最近,以宏基因组学测序为基础的研究描绘出了口腔生态系统的图谱,越来越多的实验证明口腔微生物组在各种口腔疾病甚至全身系统性疾病中的重要作用。同时,这也为基于人类微生物组的诊断和治疗开辟了新的途径。本综述旨在说明宏基因组学是研究人类口腔疾病及全身疾病相关微生物的得力工具,而且具有广阔的发展前景,同时也讨论了宏基因组学在应用中有待克服的局限性。     

中国广西龙虎山野生猕猴粪便的病毒宏基因组学分析

非人灵长类携带的病毒种类繁多,其中部分对人具有致病性。为深入了解我国野生猕猴携带病毒的状况,本研究应用MiSeq高通量测序及生物信息学分析技术,对从广西采集的280份猕猴粪便标本进行了病毒宏基因组学的分析。高通量测序共获得了233 726 79条读长(Reads),其中4641条序列与病毒相关,进一步注释到27个病毒科(包含细小病毒科中的细小病毒亚科和浓核病毒亚科),包括其中5种脊椎动物病毒(占78.2%)、6种昆虫病毒(占5.5%)、11种植物病毒(占10.4%)、其他的病毒(占9.8%);遗传进化分析结果显示,被注释为萨佩罗病毒、肠道病毒、细小病毒、腺相关病毒等序列与已知病毒相似,部分序列呈现明显的差异;应用PCR扩增进一步证实了病毒序列的真实存在。本研究初步确定了广西地区猕猴粪便中病毒的病毒谱,为深入分析和研究其中有潜在公共卫生意义的病毒奠定了基础。     

江苏泰州地区HIV感染人群的血浆病毒群落研究

为探讨人类免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus,HIV)感染人群血浆病毒群落组成,分析HIV感染人群血浆病毒群落的特点,研究病毒载量对HIV感染人群血浆病毒群落的影响,本研究通过Miseq高通量测序,对江苏泰州地区203份HIV感染人群的血浆样本进行了病毒宏基因组学分析。结果显示,高通量测序共得到243824条注释为病毒的序列,可注释到至少17个不同的病毒科(包括未分类病毒),包括12种哺乳动物类病毒(占99.87%),2种昆虫病毒(占0.05%),1种植物病毒(占不到0.01%),2种其他病毒(占0.02%)及未分类病毒;检出HIV病毒载量组的病毒群落中占据主导地位的是细小病毒科,其次是黄病毒科和指环病毒科,未检出病毒载量组中的主要病毒为黄病毒科,其次为指环病毒科和细小病毒科;系统进化分析显示,注释为细小病毒的序列与已知病毒的同源性较高,而注释为指环病毒和人佩吉病毒的序列中有部分序列与已知病毒同源性较高,另有部分序列与已知病毒的差异较大,疑似有新型病毒的存在;应用PCR扩增对部分病毒序列进行验证,将验证后的部分序列与原始序列进行比对,一致性达到近99%。     

病毒宏基因组学研究进展

病毒宏基因组学是一种新的病毒组学研究手段,随着高通量测序技术的飞速发展,人们能够从环境中快速发现、鉴定病毒基因组的组成并研究其特征。在过去的十年里,研究者们运用病毒宏基因组学发现了许多新型病毒,增强了人们对不同环境中病毒组成、分布和多样性的了解。因此,病毒宏基因组学已成为清晰描绘各种特殊环境中病毒图谱、了解自然界中病毒分布动态的有效工具。本文主要从病毒宏基因组的概念、样品前处理和病毒总基因组提取方法、测序技术以及病毒宏基因组的应用和发展前景方面进行概述。     

宏基因组学:土壤微生物研究的新策略

土壤中多数微生物不可培养,这限制了微生物资源的开发利用。宏基因组学方法在开发和利用不可培养微生物资源方面有巨大潜力,可以将其运用到土壤微生物学研究中。对土壤宏基因组DNA的提取、宏基因组文库的构建和筛选等方面的研究现状和进展进行了简要综述。     

宏基因组学在传染病防控中的应用进展北大核心CSCD

新发突发传染病暴发给全球公共卫生防控带来严峻挑战。快速识别致病病原体是应对新发突发传染病的首要问题,传统病原检测方法难以应对已知变异较大病原或未知病原,基于高通量测序的宏基因组学研究给病原识别鉴定带来了新的方法和思路。核酸提取、高通量测序和数据分析等关键技术方法不断发展,使宏基因组学成为新突发传染病防控的重要研究方向。宏基因组学可对传染病防控中的多种类型样本进行直接测序,获得高通量的测序数据,并结合病原核酸数据库,通过序列比对、变异进化分析等生物信息学方法,通过监测可疑样本对疫情暴发进行预测预警;识别传染病患者感染致病病原,为临床诊治提供指导;构建病原系统发育关系,追溯疫情潜在感染来源,最终实现新突发传染病病原的快速识别、分型、耐药及溯源分析。宏基因组学作为一项新兴技术,在传染病防控领域具有巨大潜力和发展空间。通过对宏基因组学在传染病病原监测、检测及溯源等方面的应用进展进行综述,以期为传染病防控提供新的视角。     

宏基因组学在抗生素抗性基因鉴定中的应用

随着宏基因组学技术的不断发展,以及测序成本的下降,基于宏基因组学的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)鉴定技术逐渐成为主流技术。本综述总结了基于宏基因组学的抗生素抗性基因鉴定的主要技术和方法,详细综述了各种鉴定技术的实现流程,并评述了各种方法的优缺点。本研究认为基于功能宏基因组学方法可以发现现有ARGs数据库没有记录的新的抗生素抗性基因。基于机器学习技术比基于AGRs数据库比对和搜索的软件有更高的敏感性和特异性。基于ARGs数据库搜索的方法优点是操作简单,对于生物信息学技能欠缺的研究者选择在线计算工具也是明智的选择。     

宏基因组学:基本策略及在医学研究领域中的可能应用

宏基因组学（metagenomics）的提出是分子生物学领域的一个重要进展。在自然生境中有大量不可培养微生物的存在,无法通过培养法进行研究,而宏基因组学的策略则突破了这一束缚。宏基因组学是从生境中取得全部微生物的基因组,并进行系统研究的方法。该文介绍宏基因组学的基本情况,并着重探讨其在医学研究领域中的可能应用。     

宏基因组学在发现新基因方面的应用

现代分子微生物生态学研究表明,自然环境中约99%的微生物不能用传统的分离培养方法获得其纯培养,使得环境微生物中的多样性基因资源难以得到充分的开发和应用.宏基因组学是近年来发展起来的,通过直接提取特定环境中全部微生物的总基因组DNA并克隆到合适的可培养微生物宿主中,来筛选目的基因的方法.它已在微生物新功能基因筛选、活性物质开发和微生物多样性研究等方面取得了显著成果.该文旨在介绍宏基因组学在新功能基因发现方面的应用概况并结合我们的研究情况,对这一崭新领域中的最近研究进展进行简要综述.     

基于宏基因组学的猪群样本病毒探测方法的建立

极其多样的病毒广泛存在于我们周围的环境和动物体内,其中很多病毒是人类所未知的,而发现未知病毒常常受制于病毒常规检测技术的局限性.[目的]构建未知病毒检测技术平台.[方法]应用病毒宏基因组学的理念,结合新型分子诊断技术,首先利用过滤和核酸酶处理去除样品宿主核酸干扰,然后随机PCR扩增潜在的病毒宏基因组,最后通过大规模测序及序列分析获取病毒核酸信息.[结果]利用此技术我们对猪瘟病毒(CSFV)细胞培养物和猪圆环病毒2型(PCV2)感染猪病料进行了分析,分别检测到序列总长度1680 bp,占基因组13.7％的CSFV序列和序列总长度834 bp,占基因组47.2％的PCV2序列;利用此检测技术平台研究一未知病原细胞培养物,通过测序和序列分析,结果显示56条序列中有26条为副流感病毒5型(PIV5)同源序列,覆盖了其基因组全长的16.4％;此外,应用本研究建立的方法结合新一代高通量测序,我们在混合的7份病原未知的病猪组织样品中检测到了1.1％的病毒序列,包括CSFV、PCV2、猪细环病毒(TTSuV)、猪bocavirus (PBoV)和人腺病毒6型(Ad6)等的部分基因序列.[结论]本研究建立的基于病毒宏基因组学的未知病毒的检测方法突破了传统病毒研究方法的缺陷,对于猪群样本中病毒的检测具有较高的敏感性,有望为新发、突发感染性疾病的诊断和监测提供技术支持.     

下一代测序技术在传染病耐药性研究中的应用

近几年,下一代测序技术(next-generation sequencing,NGS)获得了令人瞩目的进步,该技术正革命性地改变整个生物医学研究的生态。病原微生物在临床中的耐药现状已经十分严峻,而NGS可以让人们深入理解病原微生物及其在人体的耐药突变机理,从而对医药研究产生了颠覆性的影响。现主要分析了NGS技术的主要技术原理和优缺点,并对其在疟疾、艾滋病、肝炎、结核病和流感的抗药性基因的检测中的应用研究进行了综述,同时分析了NGS技术在以上几种传染病耐药性的研究现状,最后对NGS技术在耐药性研究的应用前景进行了展望。     

宏基因组学挖掘新型生物催化剂的研究进展

微生物蕴藏着大量具有工业应用潜力的生物催化剂。然而,传统培养方法只能从环境中获得不到1%的微生物。宏基因组学是通过提取某一特定环境中的所有微生物基因组DNA、构建基因组文库并对文库进行筛选,寻找和发现新的功能基因的一种方法。它绕过了微生物分离培养过程,成为研究环境样品中不可培养微生物的有力手段。因此,从宏基因组中挖掘新型生物催化剂一直倍受生物学家的关注。以下主要对宏基因组文库的样品来源、DNA提取方法、文库的构建和筛选策略的选择这4个方面的研究状况进行了综述,列举了近年来利用宏基因组技术所获得的新型生物催化剂,并对其今后的研究方向提出了展望。     

宏基因组学在纤维素酶研究中的应用进展

纤维素酶能降解纤维素,被广泛应用于生物修复、食品加工、化工合成等领域,开发高活力、广底物、耐高温高碱等极端条件的新型纤维素酶具有重要意义。宏基因组学以特定环境样品中微生物的基因组总和为研究对象,避开传统的微生物分离培养过程,为基因资源的开发、利用提供了新技术。文中结合本课题组的研究工作,综述了利用宏基因组学获取纤维素酶的策略,同时着重介绍利用宏基因组学从动物胃肠道、土壤等环境中获取纤维素酶的研究。     

宏基因组学在未培养微生物研究中的应用

自然环境中约99%的微生物不能用传统的分离培养方法获得其纯培养。随着宏基因组技术的出现,人们可以对这一庞大的未知世界进行多方面的研究,包括微生物的生理、生态及其基因功能等。利用这一技术,研究者已经对地球上的许多生境进行了研究,并取得了很多新的成就。简要概述这一技术在研究未培养微生物方面的应用。     

宏基因组学在人和动物胃肠道微生物研究中的应用进展

人和动物胃肠道存在大量微生物群落,这些微生物是与宿主长期共同进化的结果,并且同宿主的健康和疾病密切相关,因此胃肠道微生物研究已成为当今的热点研究领域。宏基因组学技术在这一领域的应用,使我们不仅能够对胃肠道微生物群落结构及多样性进行分析,还能进一步深入了解其代谢功能,开发和利用潜在的微生物及其基因资源。文中结合我们的研究工作,综述了宏基因组学在人和动物胃肠道微生物研究中的应用,同时着重介绍宏基因组研究的生物信息学技术。