技术介绍

宏基因组测序是对特定环境中的整个微生物群落的基因组信息进行检测，进而研究生境中微生物的群落结构、物种分类、进化关系、基因功能及微生物与生境之间的相互作用关系的一项测序技术。宏基因组测序不依赖传统的微生物分离纯化技术，直接提取生境样本中的总 DNA 进行测序，为鉴定低丰度的微生物群落和获得更多新基因等提供了新的途径。

伯豪优势

先进的测序平台：使用国际主流的 Illumina 高通量测序平台，提供高质量测序数据。

项目经验丰富：可提供肠道、水体、土壤、组织液等多种样本类型的宏基因组与环境、农林及医疗等多领域的分析服务。

专业全面的服务：经验丰富的技术团队可提供专业的方案设计、检测报告解读、文章写作建议等。

个性化服务：针对 VIP 客户的个性化分析需求，提供专业全面的检测服务。提供专业的实验指导和定制高级分析。

实验流程

分析流程

技术参数

样本要求

环境及临床样本（干冰或冰袋运送）

土壤≥ 10 g（污染土壤样本要适当增加送样量，20g）；粪便≥ 2g；

水体样本：滤膜（滤膜直径 3-4 cm）；拭子样本≥ 2 个；

DNA（干冰或冰袋运送）

DNA：浓度≥ 50 ng/μL；总量≥ 2 μg；DNA 要有明显主带，无降解，OD260/280= 1.8-2.0

数据量

推荐 10G

部分类似结果展示

案例解析  

案例一 16S + 宏基因组测序揭示

本研究通过对 80 个皮肤样本进行 16S rDNA 及宏基因组测序，发现与正常皮肤相比，过敏性皮炎富含链球菌和孪生球菌，但是西宫皮生球菌的含量却显著减少。使用角质形成细胞和单核细胞衍生的树突细胞的细菌攻击实验建立了与金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌不同的 IL- 1 介导的，先天的和 Th1 介导的适应性免疫应答。细菌组成的差异可以通过真核生物群落的扰动和微生物基因功能转变得到补充，这可能加剧干扰和碱性表型，促进致病原体生长和皮肤炎症。这些发现揭示了皮肤微生物群落，皮肤表面微环境和免疫系统的相互交叉调节。

研究路线图

图 lefse 分析与细菌致病性相关的代谢通路

原文出处：Chng K R, Tay A S L, Li C, et al. Whole metagenome profiling reveals skin microbiome-dependent susceptibility to atopic dermatitis flare[J]. Nature microbiology, 2016, 1(9): 16106. IF= 14.174

案例二 基于宏基因组的非酒精性脂肪肝晚期纤维化 marker 筛选

非酒精性脂肪肝（NAFLD) 的晚期纤维化是肝死亡最重要的预测因子。用肠道微生物来预测晚期纤维化的数据有限。在这项前瞻性研究中，研究人员通过对从粪便样本中提取的 DNA 进行宏基因组测序来分析粪便中的样本组成。通过机器学习的方法筛选关键的特征，其中包括 37 个物种、BMI、Shannon diversity 和 age。基于以上特征构建疾病预测模型。该模型具有较高的诊断精度（AUC 0.936)，可以很好的用于诊断非酒精性脂肪肝的晚期纤维化。

图一：基于宏基因组测序的非酒精性脂肪肝相关微生物筛选

图二：基于机器学习的关键物种筛选及模型构建

原文出处：Loomba R, Seguritan V, Li W, et al. Gut microbiome-based metagenomic signature for non-invasive detection of advanced fibrosis in human nonalcoholic fatty liver disease[J]. Cell metabolism, 2017, 25(5): 1054-1062. e5. IF=20.565

案例解析

案例一

本文作者通过宏基因组测序来分析肠道微生物与儿童克罗恩氏病（Crohn’s disease, CD）的之间的关系，同时分析完全肠内营养（exclusive enteral nutrition，EEN）治疗后对克罗恩氏病肠道微生物的影响。
研究发现，没有经过EEN治疗的CD病人的肠道微生物的多样性相对于正常人要低（p= 0.006）。另外，ENN治疗后会导致微生物多样性的下降，同时，细菌的群落结构较正常人也发生较大的不同。在基因功能方面，CD病人的肠道微生物较正常人更广泛。但是，其群落多样性有所下降。在CD病人中，与细胞膜转运，硫还原，和营养合成相关的基因较正常人有所不同。与生物素和硫胺素合成相关的基因丰度在EEN治疗后有所下降，而与亚精胺、腐胺生物合成的基因丰度有所增加。因此，EEN治疗CD与调节肠道微生物的多样性有关。

原文出处：Quince C, Ijaz U Z, Loman N, et al. Extensive Modulation of the Fecal Metagenome in Children With Crohn’s Disease During Exclusive Enteral Nutrition. The American journal of gastroenterology, 2015, 110(12): 1718-1729. IF=10.755.

常见问题

1、宏基因组测序取样应该注意什么？
在进行肠道，口腔，皮肤取样时，要尽量避免取到宿主本身的组织样本（避免用力刮，擦或者直接用刀切取样本）。如果对取样过程不放心也没关系，我们可以通过增加测序数据量，同时将测序数据与宿主基因组进行mapping，进而去掉宿主基因组信息。

2、宏基因组测序和16S rDNA测序有什么区别？
16S rDNA扩增子测序，主要分析环境样品中众多不同类型微生物种类以及它们之间的相对丰度和进化关系。全基因组宏基因组测序，不仅可以分析不同样本间物种丰度的差异，而且可以分析基因丰度的差异，以及富集的基因涉及到的功能和代谢通路等。
两者的区别： 16S rDNA扩增子测序只能获得样本中微生物的组成以及其进化信息，而宏基因组能够样本中微生物组成、进化情况，同时可以在基因水平对微生物参与的代谢通路、基因功能进行研究。16S rDNA扩增子测序可以作为宏基因组测序的预实验，并且可以跟宏基因组结果相互印证。

3、 宏基因组测序的推荐的测序量是多少？
一定程度上测序量越大，样本中物种被检出的可能性越大。视环境样本的复杂程度，建议的测序量要求不同。比如土壤样本一般来说成分更为复杂，建议的测序量要高于其他环境样本。其次肠道样本的多样性程度也比较高，建议可以多测一些。一般成分相对简单一些的建议测到6G，而成分相对而言复杂一些的样本建议测到10G以上。

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