宏基因组学的PPT
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。
宏基因组二代测序技术在血液病患者感染病原诊断中的应用中国专家共识(2023年版)解读PPT课件
mNGS技术与其他检测方法的比 较和选择：共识认为，mNGS技 术虽然具有诸多优点，但也存在 一定的局限性和不足，如假阳性 率较高、无法准确定量等。因此 ，在实际应用中，应根据患者的 具体情况和实验室条件等因素， 综合考虑选择最合适的检测方法 。
未来研究方向和展望
mNGS技术的进一步优化和改进
共识提出，未来应继续加强mNGS技术的研发和优化工作，提高检测的准确性、特异 性和灵敏度等性能指标。
02
宏基因组二代测序技术概述
技术原理及流程
原理
宏基因组二代测序技术（mNGS）通过 对临床样本中的微生物群落进行无偏倚 的高通量测序，能够快速、全面地检测 样本中的微生物组成，包括细菌、真菌 、病毒等。该技术不依赖于传统的微生 物培养方法，能够直接对临床样本中的 微生物DNA/RNA进行测序分析。
3
分子生物学方法
虽然具有较高的灵敏度和特异性，但操作复杂， 成本较高。
宏基因组二代测序技术的应用前景
01
高通量测序
可时检测多种病原微生物，提 高检测效率。
03
精准诊断
通过对测序数据的分析，可准确 鉴定病原菌种类及其丰度，为临
床精准治疗提供依据。
02
无偏性检测
不依赖于已知微生物基因组信息 ，可发现新的或未知的病原微生
物。
04
个性化治疗
针对不同患者的感染病原谱和药 物敏感性，制定个性化的治疗方
案，提高治疗效果。
04
宏基因组二代测序技术在血液 病患者感染病原诊断中的应用
样本采集、处理与质量控制
样本采集
根据感染部位和病原体特性选择 合适的样本类型，如血液、脑脊 液、尿液等，确保样本具有代表 性且不受污染。
宏基因组和宏蛋白组ppt课件
环境微生物群落多样性分析测序区域
7
Shannon Ra 曲 线
物 种 累 曲 线
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环境微生物群落多样性分析测序
9
环境微生物群落多样性分析测序
10
环境微生物群落多样性分析测序
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环境微生物群落多样性分析测序的研究特性
• 有效的对微生物群落进行分类，物种组成以及进化关系的 分析。
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本文通过宏蛋白组学方法，揭示了贫 瘠土壤与肥沃土壤中微生物种群的不 同生物学功能： 1. 种群结构趋向一致 2. 贫瘠土壤中基因功能偏向于C源和N
源的固定 3. 肥沃土壤基因功能偏向于对腐殖质
的分解利用
作者认为宏蛋白组学能够有效 的揭示不同环境下土壤微生物 群落功能的异质性，不同的生 化趋势，不同的生物地理特征
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本文作者追踪研究了执行不同海 域任务军舰的壳体水线的生物膜 中的微生物群落物种丰度及功能 特性，阐述了微生物群落在不同 的物理、化学、地理和季节因素 下的变化和特性； 研究方式整合了宏基因组分析和 宏蛋白组分析的研究方案，为 meta-omics研究模式提供了很好 的范例。
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宏蛋白组的研究现状
(1)可以捕捉新的功能基因和代谢途径； (2)鉴定与特异胁迫有关的蛋白。蛋白质组学联合宏基因组数据可以更好地揭示环境群落分类多样 性、功能多样性和生物过程。
目前成熟的蛋白组研究手段为宏蛋白组研究提供了可靠的工具 • 2DGE-LC-MS • 2DLC-MS • Itraq • Labelfree
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• 无需培养分离菌群：
直接从环境样本中扩增核糖体rDNA高变区进行测序，解决了 大部分菌株不可培养的难题。
• 客观还原菌群结构：
专业、成熟、稳定的样本制备流程，严格控制PCR循环数， 客观还原样品本身的菌群结构及丰度比例。
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
宏基因组文库构建-PPT精选文档
E.coli 4639221bp p=99% f=20kb/4600kb n=1056.9
p=99% f=10kb/4的外源
DNA不是基因组DNA，而是由某一生物的
特定器官或特定发育时期细胞内的mRNA
经反转录形成的cDNA经纯化后部 分酶切，然后把这些 DNA 片段连接到载体 上，胞获得的新功能进行筛选 , 或用 相关已知序列设计探针或 PCR 引物寻找并 分离目的基因片段，加上表达调控元件后使 目的基因表acteria in pure culture is typically the first step in investigating bacterial processes.
standard culturing techniques account for 1% or less of the bacterial diversity in most environmental samples
• 综合合成
可能的话 设计一对, 用PCR产物作探针
三、免疫
在可获得PT后, 制备抗体, 用于筛选
四、高表达基因
高丰度mRNA, 如 用苯肼作了贫血处理的兔网织 红细胞中,血红蛋白别杂交 五(2)、扣除杂交
六、mRNA差别显示
Differential display PCR, DD PCR
sequencing of ribosomal RNAs and the genes encoding them was introduced to describe uncultured bacteria in the environment.
The most startling result of the many microbial diversity studies that have employed 16S RNA culture-independent methods is the richness of the uncultured micrDNA或cDNA 载体：质粒载体（ plasmid ）、黏粒载体（ cosmid ）、人工染色体 （BAC、YAC）等 宿主：大肠杆菌（E.coli）、酵母（Saccharomyces cerevisiae）
宏基因组
一、宏基因组简介
1.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。
❖ 优点：操作容易、成本低、DNA提取率高、重复性 好
❖ 缺点：纯度低，腐植酸等污染严重，还需要经过纯 化处理才能满足后续分子生物学操作的需要。此外， 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。
（2）间接提取法
❖ 操作方法：采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。
❖ 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因组 学及其相互关系的研究。
2.宏基因组（广义）
❖ 广义宏基因组是指特定环境下所有生物 遗传物质的总和，它决定了生物群体的 生命现象。它是以生态环境中全部DNA 作为研究对象，通过克隆、异源表达来 筛选有用基因及其产物，研究其功能和 彼此之间的关系和相互作用，并揭示其 规律的一门科学
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λphage
24
Cosmid,fosmid 35~45
BAC
120~300
PAC
100~300
YAC
250~2000
MAC
>1000
Vector structure
Expresslion hosts
宏基因组二代测序技术在血液病患者感染病原诊断中的应用中国专家共识(2023年版)解读PPT课件
THANKS
感谢观看
结果解读
结合患者临床信息、实验室检查结果等，对分析结果进行综合解读 和判断，明确感染病原体的种类和药物敏感性等。
结果报告与临床应用建议
结果报告
将分析结果以清晰、简洁性等信 息。
临床应用建议
根据分析结果和患者具体情况，为临床医生提供个性化的治疗建议和用药指导，以促进患者康复。同 时，也应注意到宏基因组二代测序技术的局限性和潜在风险，避免过度依赖该技术而忽视其他临床信 息。
高特异性
该技术能够同时检测多种病原体，包括细菌 、病毒、真菌等，提高了检测的特异性。
宏基因组二代测序技术的优势与挑战
• 快速诊断：相比传统方法，宏基 因组二代测序技术能够在短时间 内完成检测，满足临床快速诊断 的需求。
宏基因组二代测序技术的优势与挑战
数据解读
宏基因组二代测序技术产生的数 据量巨大，如何准确、快速地解 读数据是面临的主要挑战。
mNGS技术需要结合传统微生物学方法进行综合诊断
虽然mNGS技术具有很多优势，但仍然需要结合传统微生物学方法进行综合诊断，以 避免漏检和误检的情况发生。
对未来发展的期待和展望
期待mNGS技术在血液病患者感染病原诊断中实现更广泛 …
随着技术的不断发展和成本的降低，我们期待mNGS技术能够在血液病患者感染病原 诊断中实现更广泛的应用，为更多的患者提供准确、快速的诊断服务。
宏基因组二代测序技术在血液病患者感染病原诊断 中的应用中国专家共识（2023年版）解读
汇报人：xxx 2024-01-03
目 录
• 引言 • 宏基因组二代测序技术概述 • 血液病患者感染病原诊断现状及挑战 • 宏基因组二代测序技术在血液病感染病原诊断
中的应用策略 • 中国专家共识解读及实践指导 • 总结与展望
宏基因组的构建及应用ppt课件
ppt课件
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PS：
通过DNA微阵列技术(基因芯片技术)寻找环境基 因组序列中的有用片段也是一种全新的筛选技 术，它可以快速有效的识别和描述许多菌落的 特征，并可应用于大量保守基因的分离。基于 序列的筛选策略可以利用基因芯片技术大大提 高筛选效率，有可能筛选到某一类结构或功能 的蛋白质中的新分子，但必须对相关基因序列 有一定的了解，较难发现全新的活性物质。
在水体中的应用： 海洋蕴涵着非常丰富的微生物资源，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。
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2 、在新型生物催化剂中的应用
新型催化剂主要是酶。传统的新型酶的筛选方法限 制了筛选的广泛性和有效性。宏基因组学则克服了 这一限制，有效地提高了新酶的筛选效率。 现已发现了抗生素及维生素生物合成相关基因簇的 克隆，以及水解酶类和氧化还原酶类编码的基因。 宏基因组技术通过对环境的直接克隆，为研究和利 用占微生物99％以上的非培养微生物提供了新的途 径，为微生物的研究和发展提供了全新的策略。
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1 、在生态学方面的应用
宏基因组在生态学上的应用主要是土壤与水体。
目前其在土壤微生物研究中的应用主要包括两方面： 一、进行土壤微生物及其资源的挖掘。目前的研究工作已经 得到大批新基因，特别是在一些极端环境中的微生物宏基 因组的研究中得到了一些具有特殊应用价值的功能酶基因 二、揭示土壤微生物的多样性及其与环境之间的关系。
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3 序列驱动的筛选
序列驱动的筛选(Sequence-driven screening)是根 据已知功能的基因序列设计探针或PCR引物， 通过核酸杂交或PCR扩增来筛选具有目标序列 的克隆子。 优点：不依赖克隆基因在宿主菌株中的表达。 缺点：必须对即未知基因)。
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宏基因组学的PPT
宏基因组学是通过收集宿主的粪便里的微生物、以及培养皿中的微生物，利用专业的宏基因组技术进行分析。
它能够获得宏基因组信息和相关序列，从而为疾病相关症状的诊断和治疗提供依据。
随着人类健康问题愈演愈烈，为了降低成本，并能通过生物技术进行治疗，研究人员开发了宏基因组学技术。
其通过收集环境中存在的特定细菌，来分析它们在土壤、水源或大气中的分布，以了解它们在整个生态系统中所扮演的角色。
宏基因组学（宏测序法）是一种对人体和环境进行科学评价（包括微生物菌群与疾病之间关系）的工具。
它是一种高通量方法来鉴定微生物群落或疾病（包括寄生虫病等),并用于进行疾病和环境健康状态跟踪和诊断。
虽然宏基因组学可以通过分析病原体来诊断疾病——但目前还没有针对特定微生物群落或某一种病原体开展研究。
1.目的
宏基因组学通过收集宿主的粪便和排泄物，以及在培养皿或土壤中的特定微生物群落来检测微生物菌群。
它们在宿主的整个生命周期中都是重要的，并且是许多宿主健康相关问题发生和治疗的潜在因素之一。
通过对宿主宏基因组学数据进行统计分析，可以更好地了解宿主微生物多样性与环境健康状况之间的关系；进而有助于了解宿主肠道微生物及其他微生物群落对人体健康所发挥作用；同时也有助于了解特定微生物群落与其健康状况之间的关系。
此外，还可以通过研究宿主体内微生物种群之间互相作用机制，从而更好地理解宿主微生物群落结构及疾病发生背后原因。
这为人类健康提供了新的见解。
在环境方面，宏基因组学可以从宿主微生物群落中发现与生态系统结构相关、通过检测宿主体内微生物群落来揭示生命现象本质和机制；还可以通过感染或死亡微生物群落以及与宿主相互交互作用规律来揭示微生物群落与疾病发生之间关系：同时宏基因组学还可以为相关研究人员提供研究资源、为治疗提供科学依据。
此外，宏基因组学还能为环境健康状态跟踪和诊断提供参考——为了解环境健康状态和健康风险提供科学依据。
2.方法原理
在了解宿主肠道中的微生物群落的组成之后，宏基因组学可以分析宿主的粪便样本。
而粪便样本里富含大量 DNA、 RNA酶和 mRNA、 DNA等生物信息。
因此，可以进行宏基因组学研究，以了解宿主与环境之间彼此影响、进化关系以及功能关系！宏基因组学可以确定宿主与环境之间关系的证据。
比如：从粪便样本中分离到了某些致病细菌；通过发现可能引起某些疾病的致病细菌种类以及传播途径等，来揭示疾病发生中是否存在致病基因、致病方式等。
但是，该方法并不适用于非传染性疾病（如癌症、艾滋病、疟疾等）和慢性病人（如糖尿病、艾滋病等）。
因为目前没有针对特定微生物群落或某一种病原体展开研究——因此我们也无法确定宿主与环境之间关系是否已经发生了改变！
3.关键参数选择
每个样品的测序反应都需要用到试剂盒。
不同的试剂盒会根据特定的试剂盒类型而有所差异，因此必须使用相同的步骤才能得到最终结果。
每种试剂盒的名称如下：在这里，我们使用了HTDs作为分析的步骤，但也可以通过使用特定的试剂盒来提高检测效率。
试剂盒选择时需注意：●试剂盒中应该含有特定 DNA片段和 RNA片段；●试剂盒上需要有正确大小的芯片；●样本必须从实验室被回收；●所有试剂盒均必须有有效期至少两年的备用试剂盒。
4.数据分析与结果呈现
如果将宏基因组学和其它微生物组分析方法结合使用，可以获得更多的数据来理解和描述它们在整个生态系统中所扮演的角色。
通过对大量数据的分析与处理，可以创建一个具有高通量和可扩展分析功能的数据库。
基于此，我们可以创建基于该数据库中数据的报告样式，以方便用户查询。
对于大多数分析步骤而言，数据库数据可以在整个平台上获得。
然而，如果系统需要从样本数据中提取有用信息和发现新功能，则需要使用一些工具来扩展数据库数据。
例如基于数据类型的工具、统计分析工具、以及在分析过程中使用其他软件来获取信息等，以提供有关微生物
群落及其功能或对疾病影响的信息。
5.保存、验证和报告建议
这包括保存所有宏基因组数据和与结果相关的报告建议。
例如，当您研究特定疾病时，报告建议会包含疾病可能的遗传风险；如果可能的话，也应该包含有关这些疾病的基因。
通过在您的文章中使用报告建议以将检测结果与疾病预测相匹配，从而为疾病管理提供科学依据，我们建议您在使用宏基因组学时对报告进行一些微调。
我们还建议您：应尽可能多地了解宿主的基因组信息（包括基因图谱、序列和遗传特征);将样品中所含的细菌微生物群与实际样本进行比较；使用与结果相关的分析结果作为结论。
确保没有足够的时间将样品进行复检。
6.建议步骤的使用：
如果没有“RBD”的特殊指示，请参考以下步骤。
如果使用 AutoMaps软件，请使用特殊指示：使用“RBD”指示（例如，如果测试样本未被污染，请使用非标记样品）。
如果使用“RBD”指示（例如，如果测试样本未被污染),请参考以下步骤：A)根据需要创建一个 RBD数据库：此数据库是一个基于“RBD”命令的数据库：它用于确定数据。
该数据库可存储测试样本数据的所有类型信息，包括各种微生物和宿主。
它有许多个子数据库，包含各种环境细菌物种谱、细菌基因组参考序列、细菌群落以及其它与微生物群落和健康状态有关的信息。
B)获取所有数据：此数据库具有“RBD”命令，可执行任何命令或选择操作——如果不需要此程序，可以使用“Medicare Instrument Genome: Mails Protocol”命令收集数据时，在“Number Access”中使用上述命令——并复制到数据库中。
C)将数据保存到本地存储器中或计算机上；您可以通过网络保存宏基因组学研究样本的所有数据：从保存到本地存储器(RBD)。