宏基因组测序
完整版)宏基因组测序讲解
完整版)宏基因组测序讲解宏基因组测序的目的是研究藻类物种的分类、与特定环境相关的代谢通路，以及通过不同样品的比较研究微生物内部、微生物与环境以及与宿主的关系。
宏基因组，也称为微生物环境基因组或元基因组，是由Handelsman等于1998年提出的新名词。
它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
宏基因组学是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象的微生物研究方法。
它通过功能基因筛选和/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、相互协作关系以及与环境之间的关系为研究目的。
一般XXX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。
宏基因组文库是一种重要的研究工具，可以利用转入大肠杆菌中的宏基因组DNA载体，使以前无法研究的不可培养微生物的DNA得到复制、表达，从而进行研究。
所有带有宏基因组DNA载体的模式微生物克隆构成宏基因组文库。
对于宏基因组文库的DNA进行分析，有很多分析方法，主要分为表型功能筛选和序列基因型分析两类。
表型功能筛选是利用模式微生物表型的变化筛选某些目的基因，例如从文库中筛选能表达抗菌物质的克隆。
而序列基因型分析则是对文库中所有或部分的DNA进行测序分析，以应用于生态学研究，例如分析文库中16SrRNA序列，对所研究生态环境的多样性进行评估。
一个典型的宏基因组分析涉及多个轮次，以确保从生态环境标本中分离到目的基因，并尽可能多地分析DNA序列所编码的信息。
XXX是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象的新的微生物研究方法。
它主要通过功能基因筛选和测序分析来研究微生物多样性、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。
在宏基因组学研究中，样品总DNA的提取及基因或基因组DNA的富集是非常关键的步骤。
提取的样品DNA必须可以代表特定环境中微生物的种类，获得高质量环境样品中的总DNA是宏基因组文库构建的关键之一。
扩增子测序和宏基因组测序的基本原理,二者的共同点和区别
扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，二者的共同点和区别全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：扩增子测序和宏基因组测序是生物学领域常用的两种测序技术，它们在研究微生物群落的组成和功能以及环境中的微生物多样性等方面发挥着重要作用。
本文将介绍扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，探讨二者的共同点和区别。
扩增子测序是一种通过扩增子PCR技术进行测序的方法，通过对RNA、DNA或蛋白质进行PCR扩增，然后对扩增子进行高通量测序，从而得到目标序列的测序数据。
扩增子测序能够快速、高效地对微生物的群落结构进行分析，发现不易培养的微生物种群。
宏基因组测序是一种对整个微生物群落的基因组进行测序的方法，通过提取环境样品中的DNA，并进行高通量测序，从而得到整个微生物群落的基因组信息。
宏基因组测序可以揭示微生物群落的种类组成、功能及代谢途径等信息，对于了解微生物多样性和功能具有重要意义。
两者的共同点在于都可以用于研究微生物群落的组成和功能，都是基于高通量测序技术进行的，能够快速、高效地获取大量的序列数据。
扩增子测序和宏基因组测序都可以帮助研究人员深入了解微生物在不同环境中的分布情况和功能表现。
扩增子测序和宏基因组测序也有一些明显的区别。
在目标样本的选择上，扩增子测序更侧重于对某一或者少数微生物种群进行深入研究，而宏基因组测序则更适用于覆盖整个微生物群落。
扩增子测序更侧重于对特定基因或者序列进行研究，而宏基因组测序则能够揭示微生物群落中所有的基因组信息。
扩增子测序和宏基因组测序在数据处理和分析方面也存在一些差异。
扩增子测序的数据处理主要包括序列质量控制、OTU（操作分类单元）聚类、物种多样性分析等，而宏基因组测序的数据处理则更侧重于基因组组装、基因预测、功能注释等方面。
第二篇示例：扩增子测序和宏基因组测序是当前生物领域内常用的两种测序技术，它们在微生物研究、环境生态学等领域有着重要的应用。
在本文中，我们将介绍扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，探讨二者的共同点和区别。
病毒宏基因组测序
No. of samples
6 Eukaryotic RNA viruses 4 2 0
EnPtearroeTvcoihrbuoasvmiruSosavpiCMrouaavsrmmiruoasUvstinrUruoNcnslvoacilrsraPuoss.osvsCit.rehuPxrsivyciosroubvsirirnuasvirus
40
Eukaryotic DNA viruses
No. of samples
30
20
10
0
Unclass. ABneeAtallloptovhriarqiGtduoaaermeqviumrueCUasviMtrinrocucaorlssqvatuisarseud.vseCinriurocsvoivruiBrBsaiedbgaueoUvminruocGslvaMyiUsrrusoan.ssvcPtilrroaNueslvsyasion.ruGmosveaimBrvuoiirsncidaivapierairdvaoevirus
病毒宏基因组测序又称宏病毒组（Virome），是在宏基因组学理论的基础上，结合现有的病毒分子生物学检测技术而兴起的一个新的学科分支。宏
病毒组直接以环境中所有病毒的遗传物质为研究对象，能够快速准确的鉴定出环境中所有的病毒组成，在病毒发现、病毒溯源、微生物预警等研究方面具 有重要作用。
技术参数适用范围 样品要求 类型 测序策略与深度基于序列的病毒分类单元相对丰度左和全部样本中有尾目噬菌体和小噬菌体科相对丰度相关性比较右rna病毒物种与样本数之间对应关系左和ddna病毒物种与样本数之间对应关系右020406081002040608100204060810caudovirales00001householdcontrolsulcerativecolitiscrohn?sdisease10203040eukaryoticdnaviruseseukaryoticrnaviruses集数据库比对基于reads的整合注释多样本标准分析主成分分析聚类分析显著性差异分析
(完整版)宏基因组测序讲解
宏基因组测序目的研究藻类物种的分类，研究与特定环境与相关的代谢通路，以及通过不同样品的比较研究微生物内部，微生物与环境，与宿主的关系。
技术简介宏基因组( Metagenome)(也称微生物环境基因组Microbial Environmental Genome, 或元基因组) 。
是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名词，其定义为"the genomes of the total microbiota found in nature" , 即生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。
而所谓宏基因组学 (或元基因组学， metagenomics) 就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。
宏基因组( Metagenome)(也称微生物环境基因组Microbial Environmental Genome, 或元基因组) 。
是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名词，其定义为"the genomes of the total microbiota found in nature" , 即生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。
而所谓宏基因组学 (或元基因组学， metagenomics) 就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。
宏基因组测序技术检测方法
宏基因组测序技术检测方法宏基因组测序技术检测标准简介：宏基因组测序介绍宏基因组学是以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，通过现代基因组技术手段包括功能基因的筛选和测序分析，对环境中微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系以及环境之间的关系进行研究的新的微生物研究方法。
随着高通量测序技术的发展，为宏基因组学研究提供了新的理想研究方法。
高通量测序的方法无需分离环境中各种微生物，也无需构建克隆文库就可以直接对环境中所有微生物进行测序。
可以真实客观的反映环境中微生物的多样性、种群结构、进化关系等。
目前又可以分为针对16sDNA/18sDNA/ITS测序和针对宏基因组全序列的测序研究。
下面就是对这两者的具体介绍。
一、16s DNA/18s DNA/ITS测序16sDNA是最常用的微生物物种分子鉴定的标签，，通过对样品中16sDNA 测序可以鉴定其中微生物物种的丰度和分布情况。
目前，普遍使用Roche 454平台来对环境样品进行16s DNA测序。
因为16s DNA序列比较相似，读长短的话，难以进行有效的比对，而454平台的平均读长在400bp左右，可以很好的避免此类问题。
二、宏基因组全测序在这种测序方式中，我们可以假定一个环境中的所有微生物就是一个整体，然后对其中所有的微生物进行测序。
这样我们就可以研究样品中的功能基因以及其在环境中所起的作用而不用关心其来自哪个微生物。
可以发现新的基因，可以进行基因的预测，甚至有可能得到某个细菌基因组的全序列。
此外，该项测序不单可以针对DNA水平，也可以针对全RNA进行基因表达水平的研究。
样品处理：宏基因组样品收集主要有口腔，下呼吸道痰液，下呼吸道灌洗液，皮肤和粪便。
样品采集遵照样品采集规范（人）所规定的操作来进行。
尽量留足备份样品。
核酸提取：宏基因组核酸提取主要有两种方法：膜过滤法和直接裂解提取。
对于液体样品如痰液，灌洗液两种方法都适用，对于固体样品如粪便宜采用直接裂解的方法。
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。
宏基因组测序介绍
宏基因组测序介绍
宏基因组测序（Metagenomics Sequencing）又称为环境基因组测序，是一种对复杂环境中所有微生物生物群体的遗传信息进行分析的高通量测序技术。
与传统分离培养方式不同，宏基因组测序可以直接提取环境样品中所有微生物的总DNA，并通过测序技术进行分析，从而得到环境样品中所有微生物群体的遗传信息。
宏基因组测序的优点是高通量、快速、高效、无偏差、不需要微生物分离和培养，可以对满足各种环境条件的微生物进行整体性的研究，从而更加真实地反映生物在环境中的生态学特征，为生态学、环境保护等领域的研究提供了数据支持。
宏基因组测序技术检测方法
宏基因组测序技术检测标准简介：宏基因组测序介绍宏基因组学是以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，通过现代基因组技术手段包括功能基因的筛选和测序分析，对环境中微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系以及环境之间的关系进行研究的新的微生物研究方法。
随着高通量测序技术的发展，为宏基因组学研究提供了新的理想研究方法。
高通量测序的方法无需分离环境中各种微生物，也无需构建克隆文库就可以直接对环境中所有微生物进行测序。
可以真实客观的反映环境中微生物的多样性、种群结构、进化关系等。
目前又可以分为针对16s DNA/18sDNA/ITS测序和针对宏基因组全序列的测序研究。
下面就是对这两者的具体介绍。
一、16s DNA/18s DNA/ITS测序16sDNA是最常用的微生物物种分子鉴定的标签，，通过对样品中16sDNA测序可以鉴定其中微生物物种的丰度和分布情况。
目前，普遍使用Roche 454平台来对环境样品进行16s DNA测序。
因为16s DNA序列比较相似，读长短的话，难以进行有效的比对，而454平台的平均读长在400bp左右，可以很好的避免此类问题。
二、宏基因组全测序在这种测序方式中，我们可以假定一个环境中的所有微生物就是一个整体，然后对其中所有的微生物进行测序。
这样我们就可以研究样品中的功能基因以及其在环境中所起的作用而不用关心其来自哪个微生物。
可以发现新的基因，可以进行基因的预测，甚至有可能得到某个细菌基因组的全序列。
此外，该项测序不单可以针对DNA水平，也可以针对全RNA进行基因表达水平的研究。
样品处理：宏基因组样品收集主要有口腔，下呼吸道痰液，下呼吸道灌洗液，皮肤和粪便。
样品采集遵照样品采集规范（人）所规定的操作来进行。
尽量留足备份样品。
核酸提取：宏基因组核酸提取主要有两种方法：膜过滤法和直接裂解提取。
对于液体样品如痰液，灌洗液两种方法都适用，对于固体样品如粪便宜采用直接裂解的方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
宏基因组测序
环境中超过99%的微生物是不可培养的，很多致力于研究微生物多样性的努力由于培养方法的限制而受到制约，为了克服由培养技术所带来的困难和限制，多种以DNA为基础的分子生物学的方法已经被开发。
目前16s rDNA测序可以提供大量关于环境微生物的群落及种类信息，但是在种群中不同微生物的作用以及其携带的基因组信息基本不能体现出来。
相比之下，宏基因组是一种新的，可用于快速分析微生物复杂基因组的方法，它提取环境中的全基因组DNA，构建DNA文库并进行高通量测序。
对数据进行分析，不仅能够获得环境中微生物的组成及丰度信息，还可以通过相关功能及代谢通路注释，获得这些微生物全面的微生物基因组信息，以及在环境中可能的功能。
技术参数
样品准备测序策略推荐数据周期
3ug DNA 300bp DNA文库
HiSeq PE150测序
一般测序数据量：5Gb clean data
大测序数据量：10Gb clean data
40个工作日
建库方法技术流程
技术特点
（1）无需分离培养，直接提取样本DNA测序；
（2）群落多样性、种群结构、进化关系、功能组成、相互协作关系等多种分析；
（3）高效、高通量，一次性获取样本中所有微生物组成等信息。
部分结果展示
进化树分析OTU维恩图
抗生素类型统计图
案例解析
排泄物微生物宏基因组可作为结直肠癌标志物
为了评估利用排泄物诊断结直肠癌的可行性，作者对来自于中国的74个结直肠癌患者和54个健康人的粪便样本进行宏基因组测序，发现除了已经证实的与结直肠癌相关的具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）和消化链球菌（Peptostreptococcus stomatis）之外，微小微单胞菌（Parvimonas micra）和口臭致病菌（Solobacterium moorei）也与结直肠癌具有显著相关性。
作者随后选择了20个微生物基因标志物，通过q-PCR发现，来自于具核梭杆菌的丁酰coA脱氢酶和来自于微小微单胞菌的RNA聚合酶亚基β在患者的粪便微生物的基因组中高度表达；利用这两个基因可以准确区分患有结直肠癌的患者和健康人群。
这项研究为通过排泄物中微生物的宏基因组标志物对结直肠癌进行无创早期诊断奠定了坚实的基础。
A：三种菌在患者和健康对照组中的丰度统计；B：患者和健康对照组中的OTU聚类
参考文献
Yu J, Feng Q, Wong S H, et al. Metagenomic analysis of faecal microbiome as a tool towards targeted non-invasive biomarkers for colorectal cancer[J]. Gut, 2017, 66(1):70-78.。