宏基因组
宏基因组学
广义的宏基因组：特定环境下所有生物遗传物质的总和 狭义的宏基因组：特定环境样品中细菌和真菌的基因组总和
宏基因组测序（Metagenomics Next Generation Sequencing,mNGS)
NGS:也称高通量测序，是一种可以同时对数十万到数百万条DNA分子序列进行读取的测序技术。 mNGS:m指宏基因组。mNGS指宏基因组二代测序，以特定环境中整个微生物群落作为研究对象，利 用高通量测序平台进行基因组DNA测序，DNA不需要进行PCR扩增，测序结果具有较好的无偏性， 不仅可以提示微生物群落的物种组成，更能获需段序列分析不依赖 于任何已知序列信息进行筛选。其中以功能筛选法最为常用。
能够直接发现全新的活性物质和功能编码基因，能够快速鉴别有开发潜力的克隆子 缺陷：
工作量大,效率低，并且受检测手段有效性和灵敏性等限制。
谢谢！请大家批评指正
其前端关键性技术是环境DNA(e DNA)的提取A的提取
直接提取法（原位提取法） 不经过样品中微生物的培养和分离，通过化学法、酶解法或物理法直接破碎环境中的微生物细胞而使DNA得以释 放，并对DNA进行纯化。 操作简便、省时、成本低，所获得DNA具有较好的完整性，并能够代表某一生境的微生物群落多样性。 但常会出现细胞裂解不完全或DNA与土壤杂质成分产生共沉淀而无法有效地去除等问题，所以一般需要进一步的 DNA纯化处理，同时所提取获得的DNA片段较用离心介质或者梯度离心等方法先把微生物从环境样品中分离出来，再按处理纯培养细胞的方法裂解微生物 细胞提取DNA。 该法获得的宏基因组DNA受到胞外杂质污染干扰较少，纯度较高、DNA完整性好(20kb~大、DNA得率较低，其产率只是直接裂解法的1%~10%,且获得的DNA往 往不能完全代表样品所在生境的生态学多样性。
宏基因组名词解释
宏基因组名词解释宏基因组是指特定环境全部生物遗传物质总和，决定生物群体生命现象。
宏基因组是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名词，其定义为环境中全部微小生物遗传物质的总和。
它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
宏基因组学(或元基因组学，metagenomics)是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。
一般包括从环境样品中提取基因组DNA, 进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作。
特定生物种基因组研究使人们的认识单元实现了从单一基因到基因集合的转变，宏基因组研究将使人们摆脱物种界限，揭示更高更复杂层次上的生命运动规律。
在目前的基因结构功能认识和基因操作技术背景下，细菌宏基因组成为研究和开发的主要对象。
细菌宏基因组、细菌人工染色体文库筛选和基因系统学分析使研究者能更有效地开发细菌基因资源，更深入地洞察细菌多样性。
宏基因组英文metagenome，早期也被称为元基因组。
其含义分为广义和狭义两种。
广义的宏基因组或宏基因组学泛指研究微生物群体组成、功能基因、代谢产物的学科、以揭示微生物组组成结构、微生物组与宿主、微生物组内的相互作用关系。
狭义的宏基因组，即宏基因组DNA测序技术——仅指对微生物群落DNA进行高通量测序，鉴定群体中所有功能基因的种类和丰度。
该方法又分为实验和分析两个阶段，实验阶段主要包括样本采集、DNA提取、高通量测序；数据分析阶段主要包括序列质量控制、组装、基因预测和定量、物种鉴定、样本组间差异功能基因和通路的比较等。
病原微生物检测 宏基因组
病原微生物检测宏基因组1 宏基因组技术简介宏基因组技术是一种高通量、高效率的DNA测序技术，可以快速获取整个生态系统或生物样本中的所有基因组信息。
相比于传统的微生物检测方法，宏基因组技术不仅可以检测到已知的微生物种类，还可以发现未知的微生物物种，从而更全面、准确地评估样本中的微生物群落结构。
2 病原微生物检测的重要性微生物是引起人类疾病的主要原因之一。
传统的微生物检测方法主要依靠培养技术和PCR技术，但是这些方法存在局限性，如只能检测特定的菌种、需要特殊的生长条件等。
而宏基因组技术则可以检测到样本中所有的微生物DNA序列，从而可以更快速、准确地诊断病原微生物并判断其数量和种类。
3 应用领域宏基因组技术在疾病诊断、环境监测、食品安全等领域广泛应用。
在疫情防控中，宏基因组技术可以用于新冠肺炎等疾病的检测、病原微生物的快速鉴定等方面。
在环境监测中，宏基因组技术可以评估水源、土壤、空气等环境中微生物的种类和数量，从而帮助预防和控制疾病的传播。
在食品安全监测中，宏基因组技术可以检测到食品中的微生物污染情况，从而保障食品的安全。
4 宏基因组技术的发展前景随着宏基因组技术的不断进步和降低成本，其在研究生态系统、人类健康、食品安全等领域的应用将越来越广泛。
同时，宏基因组技术也在逐步向实用化方面发展，发展出更方便、更快速、更经济的检测方法，以提高其在实际应用中的效率和准确性。
5 结论宏基因组技术的出现为病原微生物的快速检测和鉴定提供了一种新的方法。
其具有快速、准确、全面等优势，将推动微生物检测领域的发展。
未来，宏基因组技术有望在医疗诊断、健康管理、环境保护等领域发挥更重要的作用。
宏基因组-PPT
Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Saccharomyces
2.环境保护和污染修复
挖掘降解基因和功能菌株，进行生物修复 获取任何序列的基因或功能，由此合成新物质或发 现新的生物物种。 发掘极端环境为生物的新物种，了解其耐受机制， 帮助极端环境的污染修复。 从宏基因组中分离的重要基因元件组编成具有其他 活性成分、或可降解污染物功能的基因簇，以替代 原有不易降解化合物，或直接降解环境中石油烃、 有害有害化合物、重金属。
（1）基于序列的筛选方法
②.焦磷酸测序( Pyrosequencing)
焦磷酸测序技术是在焦磷酸盐测序法的基础 上结合一种乳胶材料和皮升级反应孔，将基因组 DNA 进行随机切割，批量地进行整个测序反应， 能够在相同的时间内破译 6×106组以上的基因组 序列，比 Sanger法要快100倍，提高了测序的效 率。
底物诱导基因 表达法SIGEX screening
1.样品中DNA的提取和富集
采用合适的方法，既要尽可能地完全抽提出 环境样品中的DNA，又要保持较大的片段以 获得完整的目的基因或基因簇。所以提取原 则是在最大提取量和最小剪切力之间折中 常用的提取方法有直接裂解法和间接提取法 (细胞提取法)
3.开拓天然产物新资源
2000年8月, Brady和 Clardy等人构建了一 个含有约7000000个5个, 并从 其中一个克隆发酵物 中分离出一系列具有 抗菌活性的长链N2酰 基酪氨酸类新化合物 1213
宏基因组 效应因子-概述说明以及解释
宏基因组效应因子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述宏基因组（metagenome）是指从一个生态系统中采集到的所有微生物基因组的总和。
宏基因组研究领域的涌现，使我们能够深入了解微生物群落的结构和功能。
传统的基因组学研究主要关注单个微生物的基因组，而宏基因组学则关注整个微生物群落的基因组。
宏基因组的研究方法包括高通量测序技术和生物信息学分析。
高通量测序技术使我们能够对微生物群落中的各种微生物进行全面的基因组测序，包括细菌、真菌、病毒等等。
生物信息学分析则用于对这些海量的基因序列进行解读和分析，以获取微生物群落的组成、功能和相互关系等信息。
效应因子在宏基因组中起着重要的作用。
效应因子是指调节微生物群落结构和功能的关键因素，可以影响微生物的生长、代谢和相互作用等过程。
在宏基因组中，效应因子可以是环境因素、营养物质、宿主因子等等。
它们与微生物群落的相互作用密切相关，对维持微生物群落的稳定性和功能发挥起着重要作用。
本文将重点介绍宏基因组和效应因子在微生物研究中的意义和应用。
通过探究宏基因组的定义和研究方法，我们可以更深入地理解微生物群落的多样性和功能特征。
同时，我们还将探讨效应因子在宏基因组中的作用，以期为微生物研究提供更多的启示和方向。
在接下来的章节中，我们将详细介绍宏基因组和效应因子的概念、特点和研究进展。
通过对相关文献的综述和分析，我们将总结宏基因组和效应因子对微生物群落和生态系统的影响，为未来的研究提供展望和建议。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下结构组织：第一部分为引言部分，主要介绍本文的背景和目的。
在引言的第一节中，将对宏基因组和效应因子的概念进行概述，以便读者对后续内容有一个基本的了解。
接下来的第二节将介绍本文的结构，即各个章节的主要内容和安排。
最后的第三节将明确本文的目的，即通过对宏基因组和效应因子的研究，揭示它们在生物体中的作用和意义。
第二部分为正文部分，重点讨论宏基因组和效应因子。
宏基因组基因
宏基因组基因
宏基因组是一种新兴的基因组学领域，它研究的是大规模、复杂的生态系统中的微生物群体基因组。
它与传统的基因组学不同，传统的基因组学主要研究的是单个生物体的基因组，而宏基因组学则是研究整个生态系统中的微生物群体基因组。
宏基因组学的研究范围很广，涉及到许多不同的领域，如环境科学、生态学、微生物学、生物信息学等。
通过宏基因组研究，人们可以更深入地了解微生物群体的生态功能和演化历史，也可以发现新的微生物种类和代谢途径。
同时，宏基因组学还可以为生物技术和生物医学研究提供重要的基础数据。
在宏基因组研究中，基因的注释和分析是非常重要的步骤。
宏基因组中的基因数量通常非常庞大，而且往往包含很多未知基因。
因此，对宏基因组中的基因进行注释和分析，可以提高我们对微生物群体的认识和理解。
总而言之，宏基因组基因是研究宏基因组学的核心内容之一。
通过研究宏基因组中的基因，可以更深入地了解微生物群体的生态系统和基因调控机制，为生态保护和生物技术发展等方面提供重要的支持。
- 1 -。
宏基因组 宿主基因组去除
宏基因组宿主基因组去除
宏基因组 (metagenome) 是指在一个环境中所有微生物共同的
基因组，包括宿主和非宿主的微生物基因组。
宿主基因组去除是指从宏基因组数据中去除宿主生物的基因组序列，以便更好地研究和分析非宿主微生物的基因组信息。
宏基因组研究是通过提取和测序来自某个环境样品中的微生物DNA，然后通过测序技术得到包含各种微生物基因组序列的
数据。
在这些数据中，通常会包含宿主生物的DNA序列，这
些序列对于研究非宿主微生物的基因组信息而言是噪音。
因此，在宏基因组研究中，研究人员需要对宿主基因组进行去除，以只关注非宿主微生物的基因组数据。
宿主基因组去除可以通过不同的方法进行，常用的方法包括利用比对技术、组装技术和参考基因组的去除等。
比对技术是将宿主基因组序列与已知宿主基因组进行比对，然后去除匹配的序列。
组装技术是将宿主基因组序列从整个宏基因组数据中拼接出来，然后去除这部分序列。
参考基因组的去除是将宿主基因组序列与已知的宿主基因组进行比对，然后去除匹配的序列。
这些方法可以结合使用，以获得更准确的宿主基因组去除结果。
宿主基因组去除的目的是为了更好地研究和分析非宿主微生物的基因组信息，从而深入了解微生物的功能和相互作用。
宏基因组研究在环境科学、生物医学和生态学等领域具有重要意义，可以帮助我们认识到微生物在生态系统中的重要作用和潜在应用。
宏基因组名词解释微生物学
宏基因组名词解释微生物学宏基因组，这个词听上去有点吓人对吧？它就像一把钥匙，打开了微生物世界的神秘大门。
想象一下，我们的身体就像一个热闹的城市，里面住着各种各样的小居民，细菌、病毒、真菌……数不胜数。
每一个微生物都有自己的个性和故事，构成了我们这个复杂的生态系统。
可惜的是，很多人对这些小家伙一无所知，甚至还以为它们是坏东西，其实不然，很多微生物对我们来说是好朋友，甚至是不可或缺的伙伴。
说到宏基因组，它其实就是用来研究这些微生物的“身份证”。
科学家们通过分析微生物的基因组，了解它们的特性和功能。
这就像翻开一本厚厚的小说，每一页都写着不同的故事，有的精彩绝伦，有的平淡无奇，但都在影响着我们的生活。
比如说，我们肚子里的好细菌，帮助我们消化食物，增强免疫力，真的是我们的“肚子小助手”。
还有那些微小的真菌，虽然外表看起来不起眼，但在土壤里默默耕耘，帮助植物吸收养分，可以说是“默默奉献”的大英雄。
想象一下，在宏基因组的世界里，微生物就像一场大派对，大家聚在一起，互相交流、合作，形成了一个庞大的网络。
有的微生物是擅长唱歌的乐队，有的则是能干的厨师，甚至还有一些是热爱科学的研究者。
它们在这个“派对”上各显神通，保持着生态的平衡。
缺了谁，都不行哦。
哎，说到这里，咱们再聊聊那些不太讨人喜欢的细菌。
比如说，某些致病菌。
它们就像派对上的“搅局者”，不请自来，打乱了原本和谐的氛围。
人们常常会想，怎么才能把这些家伙赶走呢？宏基因组的研究可以帮助我们找到对付它们的“绝招”。
通过了解它们的基因，科学家们可以开发新的治疗方法，让这些小坏蛋无处遁形。
宏基因组的应用可不止于此。
它还可以帮助我们在农业上取得更大的成功。
想象一下，如果我们知道土壤里的微生物都在忙些什么，我们就能更好地管理农田，提高作物的产量。
这就像给农田装上了智能设备，随时监测，随时调整，最终收获满满的果实，真是一举两得。
再说说环境保护。
微生物在生态系统中发挥着重要的作用，它们可以分解污染物，净化水源。
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医学领域
新感染性疾病的发现(例如临床存在很多不明原因 的发热病人．他们中是否有被不可培养微生物感 染的可能．值得深入探讨)； 正常人及某些疾病患者的肠道生境中微生物群体 多样性分析，以及与疾病的可能关系； 不可培养微生物耐药情况及其机制分析，以及在 耐药传播机制中的作用； 特殊微生物群体致病机制研究(例如生物膜的研究) 从微生物生境中发现有医学应用价值的生物活性 新物质
开拓天然产物新资源
2000年3月, Wang等人首erragigine A2E 和Norcardamine 。其中, Terragigine 类为首次从eDNA重组微生物产物中发现的新类型的化合物。
医学的领域
Breitbart等利用宏基因组方法分析了人粪便中不可培养 的病毒群体，发现该群体中包含1200个病毒基因型，对其 序列分析表明大多数是之前没有报道的 Wal了筛选，发现2个克隆是 来自不可培养微生物 Diaz—Torres等利用宏基因组学方法，对口腔细菌群体中 耐药基因进行了分析。结果证明用宏基因组学方法进行耐 药情况调查和研究是可行的 Gill等建立了人肠道微生物群的宏基因组，并对其代谢特 征进行了分析 Manichanh等利用宏基因组方法对比研究了正常人和节段 性回肠炎病人肠道微生物多样性，发现病人肠道微生物多 样性大大降低，尤其是硬壁菌门的细菌种类大大减少宿主的选择宏基因构建绝大多数采用cosmid、BAC或
fosmid为载体，其功能筛选宿主局限于大肠杆菌 ，但大肠杆菌并不是一个很理想的高效表达外源 基因的宿决于研究的整体目标。 偏重于低拷贝、低丰度基因还是高拷贝、高丰度 基因要取决于研究的目的是单个基因或基因产物 还是整个操用物理方法将微生物细胞从环境中 分离出来，然后采用较温和的方法抽提DNA，如先 采用密度梯度离心分离微生物细胞，然后包埋在 低熔点琼脂糖中裂解，脉冲场凝胶电泳回收DNA。 优点：可获得大片段DNA(20—500 kb)且纯度高 缺点：操作繁琐，成本高，有些微生物在分离过 程中可能丢失，温和条件下一些细胞壁较厚的微 生物DNA 也不容易抽提出来。所获得的DNA产率比 直接裂解法少10—100倍
环境保护和污染修复
可以有效地从环境中分离新的基因、化合物和生 物催化剂； 所构建的工程菌可用于处理各种复杂污染物，是 非常有前景的降解酶系基因筛选方法； 所获取的多样性信息可以在废水处理的各种反应 器系统、污染物降解过程中微生物的作用和调控、 营养物循环和富营养作用的微生物生态、微生物 对环境和气候的监测等研究中发挥作用
基于功能的筛选方法
功能性筛选法是以活性测定为和生化分析研究这些克 隆 不需要已知序列的信息，能较快地找到可用于工 农业和医药的蛋白质和天然产物 一种是对具有特殊功能的克隆子进行直接检测， 如利用其在选择性培养基上的表型特征进行筛选。 这种方法具有较高的灵敏度，可检测到较少的目 的克隆。 另一种方法是基于异源基因的宿主菌株与其突变 体在选择性条件下功能互补生长的特性进行 。
宏基因组的研究步骤
从环境中提取生物DNA； 用核酸内切酶切割成一定长度的DNA片 段并连接到合适的载体上； 转化宿主菌，形成一个重组的DNA 即宏基因组； 宏基因组筛选。
从环境中提取生物DNA
提取步骤通常需要满足两个条件： ①尽可能提取样品所有微生物的基因， ②保持片段的完整和纯度。 目前所开发的DNA提取方法有两种： 直接裂解法和间接提取法
基于功能的筛选方法
优点是筛选过程比较简单、快速，只要基因能表 达，就可以根据基因表达特性进行筛选，不需要 复杂的实验过程。 缺点是这种筛选方法依赖于目的基因在新的宿主 中表达，但使用模式微生物并不能把所有的宏基 因组DNA表达出来，而且要求克隆到基因或基因簇 的全长，一旦克隆过程中破坏基因某个组件将使 得基因没法表达，也就不能根据功能进行筛选， 故nomic Library
通过PCR 或者杂 交筛选特定序列
SIGEX
通过功能筛选特 定表型的阳性克 隆
宏基因组的应用
海洋微生物 环境保护和污染修复 开创天然产物新资源 医学领域 新型生物催化剂开发
海洋微生物上的应用
海洋蕴涵着非常丰富的微生物资源，宏基 因组工程与海洋生物学进行有机的结合， 可促使人类了解许多为培养海洋微生物的 基因组序列及其功能产物，在海洋天然药 物研究、海洋极端环境微生物研究、海洋 微生物多样性探索中具有十分重要的应用 前景。 目前已应用宏基因组技术研究了多种海洋 次生代谢产物合成途径，其中最为经典的 是研究海洋聚酮类和非核糖体肽类的生物 合成基因簇
环境保护和污染修复
挖掘降解基因和功能菌株，进行生物修复 获取任何序列的基因或功能，由此合成新 物质或发现新的生物物种。 发掘极端环境为生物的新物种，了解其耐 受机制，帮助极端环境的污染修复。 从宏基因组中分离的重要基因元件组编成 具有其他活性成分、或可降解污染物功能 的基因簇，以替代原有不易降解化合物， 或直接降解环境中石油烃、有害有害化合 物、重金属。
直接裂解法
操作方法：将环境样品直接悬浮在裂解缓 冲液中处理，继而抽提纯化，包括物理法 (如冻融法、超声法、玻璃珠击打法、液氮 研磨法等)和化学法、酶法等 提取方法差别：细胞破壁的方式不同 优点：操作容易、成本低、DNA提取率高、 重复性好 缺点：但由于强烈的机械剪切作用，所提 取的DNA片段较小(1—50 kb) )且多为平端， 不利于建库，同时难以完全去除酚类物质
底物诱导基因表达筛选 (substrate-induced gene-expression screening， SIGEX)
优点： 提供了一个有效的和经济的检测手段 增加了筛选的容量和效率 节省了时间 为高通量筛选提供了保障 不需要对在颜色筛选中使用的底物进行修改，勿需担心因修改底物而产生毒 性 可以从底物来推断得出未知的酶，继而推断基因的功能 尤其适合在工业上使用 缺点： 目标基因的结构性和适应性很敏感， 无法用于分析不能进入细胞质的底物， FACS对进样设备的要求也比较高； 代谢特定底物的调控子和操纵子在位置上不一定都相邻； 有些基因的表达除了受底物诱导外，还可能受其他因子的诱导， 有些基因并不需要诱导，是本底水平表达的， 有些可诱导基因在新的宿主中有可能不可被诱导表达
底物诱导基因表达筛选 (substrate-induced gene-expression screening，SIGEX) 原理：SIGEX 是用于能利用各种底物诱导 的分解代谢型基因的检出，并结合生物发 光技术用来筛选代谢相关基因及酶基因。 由于编码相关代谢基因或酶基因通常呈簇 存在，通常与该物质诱导的启动子和同源 转录调控序列毗邻，往往在有底物诱导的 条件下才表达，反之则不表达。
新型生物催化剂开发
传统的新型酶的筛选方法大大限制了筛选的广泛 性和有效性。宏基因组学通过直接从环境中提取 DNA 样品,尽可能为后面的筛选提供更加全面和多 样的基因资源,从而有效地提高了新酶的筛选效率。 一般来说,新功能酶的筛选主要还是基于活性筛选。 这种不依赖于序列的方法总体上可对所有新酶的 活性或特异性进行鉴定。虽然,基于序列的筛选方 法可能不像功能筛选那样具有较强的目标性,但通 过有目的地设计杂性同位素技术筛选方法
具有相同原子序 数但不同中子数 目且不具放射性 的元素称为稳定 同位素(stable isotope probing，SIP)。 环境中的许多物 质都可以用SIP 来标记，鉴定和 分析复杂样本中 进行有特殊代谢 功能 转化适宜宿主细菌(如大肠杆菌
载体的选择
一般选比较复杂的化合物，因其基 因簇较大，则无法完整克隆。
细菌人工染色体（BAC）载体能克隆100 kb以上的大插入 片断，完全有可能克隆到完整的代谢基因簇途径，但是其 拷贝数目和表达量低。因而可必要时可诱导增加载体拷贝数以获得大量DNA进行亚克 隆和序列分析。
什么是宏基因组
“1998年Handelsman等 首次提出宏基因组的概念。 一种以环境样品中的微生 物群体基因组为研究对象, 以功能基因筛选和测序分 析为研究手段,以微生物 多样性、种群结构、进化 关系、功能活性、相互协 作关系、及与环境之间的 关系为研究目的的新的微 生物研究方法。
宏基因组(the genomes of the total micro biota found in nature) 是指 生境中全部微生物基因的总和。它包 含了可培养的和未培养的微生物的基 因总和，微生物主要包括环境样品中 的细菌和真菌。
宏基因组
产生背景 什么是宏基因组 宏基因组的研究步骤 宏基因组的应用
参与人员：黄雨欣、梁龙锋、王江飞、张伟苗、余中华
产生背景
人类基因组计划(human genome project， HGP)的完成，从结构基因组学进入以功能 性基因组研究为主的后基因组时代 人体的生理代谢和生长发育不仅受自身基 因控制，还与其他生物基因组相关。已证 明体内菌群的组成和活动与人的生长发育、 生老病死息息相关。 要想了解生命的起源、本质、进化和相互 作用及影响，就必须对彼此密切相关的生 物进行各个基： ①基于核酸序列差异 分析；
②基于目的克隆功能 的特殊代谢活性；
③基于底物诱导基因 的表达； ④基于包括稳定性同 位素和荧光原位杂交 在内的其他技术。
基于序列的筛选方法
根据已知相关功能基因的保守序列设计探针或PCR 引物，通过杂交或PCR扩增筛选阳性克隆。用这种 方法有可能筛选到某一类与已知序列相近的新基 因，这一策略可以分离已知基因家族的新成员和 含有高度保守区的酶基因 对含有16S rRN表达克隆基因，法被筛选， 故难以发现全新的活性物质，对鉴定新的基因成 员有一定的局限性，也很难获得全序列。