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Nature Methods发布宏基因组测序新工具

2016.2.18

  微生物几乎是无所不在的,它们对生态环境和人体健康起到了不容忽视的作用。然而人们对微生物的了解还相当匮乏,因为许多微生物是无法在实验室中培养的。宏基因组学是了解这些微生物的重要途径,但宏基因组测序并不是一件容易的事儿,就像是把许多拼图拆散混在一起,然后在毫无参考的情况下拼接。

  最近Nature Methods杂志发布了一个名为TruSPADES的强大工具,可以大大提升研究者们测序宏基因组的能力。这种算法能将Illumina测序仪生成的300bp短读取,合并成大约1万bp的基因组片段(Synthetic Long Reads)。如果说用短读取相当于语句,那么长片段就是整章文字。显而易见,把整章文字还原成一本书要容易得多。

  TruSPADES主要是先给100-300bp的短读取装上条码,然后通过de brujin 图把这些片段组装起来,生成Synthetic Long Reads。这种低成本的方法可以更好的确定相连片段,获得更长更准确的长测序片段。

  研究人员正在将这一方法用于各种微生物群体,从人体微生物组到海洋微生物组。“这是新一代的测序技术,会对宏基因组测序产生很大的影响,”这项研究的领导者,加州大学的Pavel Pevzner教授指出。

  人类消化道居住的大量微生物被统称为肠道微生物组。肠道微生物组在人类代谢食物、抵御感染和应答药物等过程中起到了重要的作用,许多人类疾病都与微生物组失衡有关。我们知道肠道菌群的菌种组成是因人而异的,宏基因组测序进一步揭示了微生物组惊人的复杂性。华盛顿大学的科学家们发现,在人们共有的一些细菌中还存在着广泛的菌株差异。这是首次在肠道菌群中大规模分析菌种内部的基因变异。

  婴儿的微生物组需要在成长过程中慢慢成熟。华大基因和瑞典哥德堡大学的研究人员对98名一岁以内的瑞典婴儿进行了肠道菌群分析。我们一直以为引入固体食物是改变婴儿肠道菌群的关键因素,但这项研究表明推动微生物组成熟的其实是断奶。研究人员发现,即使引入了固体食物,非母乳婴儿的微生物组仍旧比母乳婴儿更接近成人。

  人们一直认为DNA编码的指令是所有生命通用的,例外情况极少。Science杂志上的一项宏基因组研究显示,自然界中的生物又一次打破了人类定下的规则。美国能源部联合基因组研究所的研究团队收集了来自1776种环境(包括17个人体区域)的微生物宏基因组数据,在其中寻找所谓的“重编码事件”。他们专门就终止密码子(命令蛋白合成停止的遗传序列)的重编码事件进行分析,寻找那些把终止密码子当成“前进”信号,还继续往蛋白上添加氨基酸的事件。研究表明,这样的事件在环境样本中大量存在。

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