宏基因组学研究方法及其在病原体检测中的应用

在自然环境中存在着大量的微生物。这些微生物种群,尤其是许多新发性病毒,会对人和动物体的健康产生重大影响,而它们大多数都是不可培养的微生物。宏基因组学(metagenomics)的研究对象主要是非培养微生物。在特定环境中,它可有效地获取微生物种群的遗传组成、群落结构及生态作用等信息。随着高通量测序技术的快速发展,宏基因组学分析方法也已经应用到病毒学领域中,出现了病毒宏基因组学(viral metagenomics)。这一技术在新病毒鉴定等方面都取得了很多重要的研究成果。该综述主要对宏基因组学的发展历史、应用前景、生物信息学分析流程,及其在病毒鉴定中的应用进行简要介绍。     

基于序列非依赖性扩增技术发现未知病毒的研究进展

随着第二代测序技术的发展,组学技术在微生物学领域的运用变得广泛,其中病毒宏基因组学技术在发现未知病毒和病毒检测方面发挥了越来越重要的作用。序列非依赖性扩增是病毒宏基因组学研究中最关键的一步,它直接影响目的序列的获得及后续实验的展开。本文主要介绍和归纳了几种常用的序列非依赖性扩增技术在病毒宏基因组学中的应用,比较、分析了几种序列非赖依性扩增的差别和优缺点,为读者使用此技术提供参考。     

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。     

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.     

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。     

临床宏基因组学应用现状及存在问题分析

众所周知,宏基因组学是一种通过提取样品中微生物的总DNA,构建宏基因组文库,研究环境中全部微生物的遗传组成及其菌落功能的方法。而宏基因组新一代测序(metagenome next generation sequencing,mNGS)是在宏基因组学基础上进一步发展起来的新一代测序技术,无需对患者标本进行培养,直接分析标本中的微生物DNA或RNA。本文介绍了宏基因组学在临床上的应用,包括传染病的诊断、疾病和健康状态下的微生物组分析、人类宿主反应分析和肿瘤相关病毒及其基因组鉴定,并简要探讨了临床宏基因组学研究中所遇到的挑战及解决方法。     

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%。     

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。     

宏基因组学在传染病防控中的应用进展

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。     

环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学方法

高通量测序技术的发展促进了组学技术在环境微生物研究中的广泛应用,而宏基因组学是目前最为关键和成熟的组学方法。生物信息学在微生物宏基因组学研究中具有至关重要的作用。它贯穿于宏基因组学的数据收集和存储、数据处理和分析等各个阶段,既是宏基因组学推广的最大瓶颈,也是目前宏基因组学研究发展的关键所在。本文主要介绍和归纳了目前在高通量宏基因组测序中常用的生物信息学分析平台及其重要的信息分析工具。未来几年之内,测序成本的下降和测序深度的增加将进一步增大宏基因组学研究在数据存储、数据处理和数据挖掘层面的难度,因此相应生物信息学技术与方法的研究和发展也势在必行。近期内我们应该首先加强基础性分析和存储平台的建设以方便普通环境微生物研究者使用,同时针对目前生物信息分析的瓶颈步骤和关键任务重点突破,逐步发展。     

环境微生物宏基因组学数据库利用

宏基因组学技术产生的数据是研究环境微生物的宝贵资源,国际上已有微生物计划、海洋计划、生命普查等大项目,采集和测序的样本量数以百万计,产生了海量的环境宏基因组学数据,并以此建立了几十个相关宏基因组数据库和平台。主要从以下几个方面综述环境宏基因组学的研究进展和已有资源:环境宏基因组学国际合作大项目、宏基因组学数据库和宏基因组学数据在线分析平台。将结合相应的数据库网站介绍其项目详情、样本来源、数据类型、使用方式和分析结果等,以便研究者全面了解此类数据并能快速找到和利用相关资源。     

基因组学技术在病毒鉴定与宿主溯源中的应用

基因组学技术, 特别是宏基因组测序在未知病毒的鉴定与溯源中起到了重要作用。相较于传统的病毒分离培养方法, 宏基因组技术可以从混合样本中获得病毒的核酸序列, 极大加速了未知病毒的鉴定与溯源, 在针对高流行性、高致病性的病毒研究中发挥了重要作用。基于宏基因组技术对未知病毒进行鉴定和溯源, 其准确性很大程度上依赖于取样及已知宿主的病毒库的完整性。然而, 当前病毒多样性的基础研究相对薄弱, 病毒的宿主信息则更加匮乏。野生动物和畜禽是人畜共患病致病病毒的重要中间宿主, 构建广泛的动物-病毒关联数据库对于准确、快速地鉴定和预防致病性病毒具有重要意义。本综述以SARS-CoV-2为例, 总结了基因组学技术在病毒的鉴定与溯源上的应用, 并针对当前动物病毒库完整性低的现状, 对构建野生和家养动物携带病毒的关联数据库的可行性提出依据与建议。     

宏基因组学技术在痤疮研究中的应用进展

高通量测序技术的发展提高了人们对微生物组的认识。宏基因组学技术因其全面和深入的分析功能被广泛应用于各种环境微生物组的研究中,尤其在阐明各种疾病与人体微生物组的关系中,宏基因组学技术具有重要作用。痤疮作为一种常见的皮肤疾病,严重影响人们皮肤美观度和心理健康。利用宏基因组学技术挖掘皮肤微生物与痤疮的关系,将有助于痤疮发病机理的研究和临床治疗方法的改进。通过介绍宏基因组学技术的发展背景、概述及其应用研究进展,探讨皮肤微生物与痤疮的关系,综述宏基因组学技术在痤疮研究中的应用现状,并总结目前宏基因组学技术在皮肤疾病研究中存在的问题,旨在为痤疮的宏基因组研究提供参考。     

基于宏组学方法认识微生物群落及其功能

进入后基因组学时代,测序技术飞速发展,测序成本明显下降,形成了涵盖宏基因组学、宏转录组学和宏蛋白质组学的宏组学技术,推动了对微生物群落的多样性、结构及潜在基因功能方面的深入研究。最近随着整合的宏组学技术的提出及应用,全面系统分析微生物群落动态变化及其代谢功能已成为可能,这将成为微生物生态学研究的新趋势。本文综述了宏组学在研究海洋湖泊、深海热泉、人体肠道、牛瘤胃生境、森林土壤与堆肥生境等环境中微生物群落的结构和功能方面的最新进展与成功应用案例。     

环境耐药组及其健康风险的宏基因组学研究策略和方法

抗生素耐药性在环境中的发展和传播对人体健康造成潜在风险。随着高通量测序技术和生物信息学方法的不断发展,宏基因组学技术被广泛应用于不同环境样本的抗生素耐药组研究。本文介绍了两种针对环境耐药组筛查的宏基因组学分析方法,总结了当前主流的生物信息学软件和数据库,并阐述了环境耐药组的风险评估框架和基于宏基因组学技术的相关实践,以期为环境耐药组的监测、风险评估和管控提供可行的路线图。     

微生物单细胞基因组技术及其在环境微生物研究中的应用

单细胞及单细胞基因组学研究是近年生命科学研究的热点之一,微生物单细胞基因组学研究是继微生物元基因组学(又称宏基因组学,Metagenomics)之后新发展起来的,可有效获取环境中大量无法培养的微生物遗传信息的技术。微生物单细胞基因组技术包括单细胞获取、全基因组扩增、全基因组测序以及数据分析等步骤,目前该技术在环境微生物研究中的应用主要集中于探索未被元基因组技术或其它常规技术探测到的新型功能基因,或是对环境中物种丰度极小的未培养微生物的发现,以及对微生物细胞生命进化过程的研究等。本文对微生物单细胞基因组技术中单细胞获取和全基因组扩增所涉及到的不同方法以及应用此技术对环境微生物取得的主要研究进展进行综述。     

环境微生物的宏基因组学研究新进展

宏基因组学以环境中微生物的基因组的总和为研究对象,从而规避了传统方法中绝大部分微生物不能培养的缺陷,因此近年来在环境微生物学研究中得到了广泛应用.本文重点介绍了宏基因组学技术中关键的两类技术:即以罗氏454及Illumina为代表的高通量测序技术和以基因芯片(GeoChip)为代表的基因芯片技术在微生物研究中的应用.测序技术可以发现新物种和新基因,但由于测序深度有限,定量性差,不易发现低丰度物种,且易受污染物干扰.芯片技术很好地克服了这些局限,但不易于发现新基因.本文介绍了这些技术近年来在气候变化、水处理工程系统、极端环境、人体肠道、石油污染修复、生物冶金等方面取得的部分代表性成果.在此基础上,对宏基因组技术在环境微生物研究方面的未来发展方向提出了预判和展望.我们认为由于两种技术各自的优缺点,今后将两类技术结合起来的综合研究会越来越多.另外,由于大量数据的处理方法已成为制约宏基因组学发展的瓶颈,相应的生物信息学技术开发将是未来科研的热点和难点.     

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。     

宏基因组样本数据的分析比较与分类

宏基因组学研究试图通过测序并分析微生物群落的DNA序列,以理解环境微生物的组成及其与环境的交互作用。宏基因组学革命性地改变了微生物学,使得以免培养的方式研究复杂生物系统中的微生物群落成为可能。第二代测序技术的不断进步和生物信息学的高速发展促进了高通量宏基因组研究的发展,大批高质量的宏基因组数据不断产生并对科学界开放,宏基因组学的重要作用被科学界广泛认可。与此同时,对应个体不同健康状态和人体不同部位的大量宏基因组样本数据不断产生,使得比较和分类宏基因组样本在微生物学研究上变得更加重要,比较宏基因组学成为宏基因组学的重要分支。主要介绍了宏基因组数据的分析比较,以及样本分类的相关研究和算法。     

环境病毒的宿主鉴定技术进展

病毒是地球上丰度最高的微小生命粒子,通过调控宿主的群落结构、介导宿主死亡和参与水平基因转移等方式影响着生物地球化学循环和地球生命演化。近年来,宏基因组学的发展实现了在全球尺度上对环境病毒的大规模探索和研究,大量新的病毒基因组被发掘,病毒在全球生态过程和生物地球化学循环中的角色和贡献也得到进一步认知。病毒在环境中的重要作用是通过感染宿主实现的。然而,环境病毒的宿主鉴定工作远落后于环境病毒基因组测序研究。本文综述了目前病毒宿主鉴定的主要技术及其优缺点和应用场景,总结了病毒的宿主鉴定在病毒生态学研究和生物工程领域的重要价值,并初步展望了未来病毒宿主鉴定技术的发展方向。