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宏基因组测序
  一、技术简介
宏基因组测序,是一种直接对某一特定环境中微生物基因组进行分析,从而避免了有些微生物不可培养的问题。通过对样品中的各个微生物的种类和丰度,及基因的种类和丰度,通过数学统计的方法,从而找到某些微生物和人类健康状况(或其它研究性状)之间的关联。宏基因组是对16S测序的补充与升华,已成为一门研究热点。 Illumina 二代高通量测序仪的推广,为宏基因组的推广,起到巨大的推动作用。
  二、技术策略
采用Hiseq 2000/2500平台,得到PE 2×100/150序列,利用denovo的组装软件,将测序后的小片段组装成大片段。大片段中,包括了一些基因序列,通过基因序列特点,可以预测大片段中的基因,从而得到样品中所具有的所有基因。通过特定算法,可以得到基因/物种丰度,从而进行分析。
  三、技术路线
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  四、生物信息分析
  1. 测序学列信息统计(质控)
  2. 项目样品中组装结果统计
  3. 项目样品中所有组装后预测的基因序列,及其功能分析(代谢通路)
  4. 项目样品中基因丰度表格
  5. 项目样品中物种组成丰度表格,以及这些物种与其环境的相互关系
  6. MGS(Metagenome Species)热图及注释
  7. KEGG和NOG功能丰度图;
   五、案例解析
    案例一
QIN J. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature, Vol 000, 1. (2012)
越来越多的疾病已被发现与肠道微生物相关。第二类型糖尿病的病人和正常人的肠道宏基因组对比分析表明,该病也与人肠道微生物相关,甚至文章能够找到一些该病的标志微生物及其功能特性。
  1. 实验设计
选取345个有和没有的糖尿病的中国人的粪便,通过16S和meta等方法,得到样品中的菌群结构及其丰度。从而找出病人中特有的标志微生物。分析这些微生物与糖尿病的关联性。
  1. 实验结果
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     案例二
Cotillard A, et al. Dietary intervention impact on gut microbialgene richness. Nature. vol 500, 585 (2013)
通过16S和宏基因组分析能够得到样品中基因和物种的种类数目,通过一段时间的饮食调控,检验饮食前后微生物菌落结构和丰度变化,来判断饮食能否影响肠道中微生物的基因和物种的种类数目。
     1.实验设计
选取38个肥胖、11个过重的人,检测他们的菌群结构及其风度。控制他们的饮食一段时间,定期检测他们肠道菌群的变化,
而确定饮食的作用。
2. 实验结果
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图1 通过自定义的基因数阈值(48000),将肠道微生物基因组分为两类,从而得到高基因数人群(HGC)和低基因数人群(LGC)
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图2 饮食能够改善低基因数人群中的基因种类数目,而对高基因数人群中的基因数目增加不多

     图3 饮食对一些炎症指标影响不大,改变的主要是一些临床指标

    六、技术优势

      1. 全面的研究方案:对测序结果组装分析后,得到微生物群体基因组及功能、分析微生物群体中物种和基因的多样性和丰度,微生物菌落结构与宿主(或环境)之间的相互关系等。
2.      更合理的研究方法:在分析过程中,采用一些更为准确的方法,从而得到更为可靠的分析结果。
  1. 新的分析方法:增加了最前沿的MGS等宏基因组分析的方法,对样品中的信息得到更大的解析。

  七、参考文献

 
  1. Tremaroli  V. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism. Nature, vol 489. (2012)
  2. David L.A. Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature, Vol 000. (2013)
  3. Hu Y. Metagenome-wide analysis of antibiotic resistance genes in a large cohort of human gut microbiota. NATURE COMMUNICATIONS, DOI: 10.1038. (2013)
 

八、常见问题解答

                    1.宏基因组分析样品要求
           答:对于DNA样品, OD260/280在1.8~2.0之间,浓度大于30ng/µl,总量大于6µg,样品质检无降解痕迹。
                       2.样品测序产出量
            答:对于肠道菌群宏基因组,一般每个样品至少需要3G数据量,简单环境的宏基因组,测序量可以适当降低。
           3.从收到样品到完成测序分析周期
      答:收到合格DNA样品后,从建库到高通量测序,一般控制在20个工作日完成。基本生物信息学分析,一般在30个工作日
          完成,中高级生物信息一般在30个工作日内完成。
 

浙公网安备 33069902000260号

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