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納米孔測序實現對人體腸道微生物組中抗性決定因子和移動元件的高分辨率分析

作者:宋檢 時間:2022-12-09 來源:互聯網

微生物組學的研究——即給定樣本中所有微生物的遺傳物質的研究*近引起了相當大的關注,而這主要是因為人們認識到我們身體和環境的微生物的組成會對我們的健康產生深層影響。

腸道微生物是人體代謝的重要參與者,擁有豐富的微生物群落,數萬億的細菌同時存在,并通過飲食和偶爾的抗生素選擇,創造了一個抗生素抗性基因很容易在細菌物種之間轉移的動態環境。隨著多重耐藥性生物體的普遍存在,其中許多生物體在質粒上攜帶抗性元件,可通過多種細菌傳播(如耐碳青霉烯腸桿菌科細菌CRE),腸道微生物組作為媒介來促進抗生素耐藥性的傳播,具有重要的科學和公共衛生意義。

納米孔平臺能夠對宏基因組或靶向富集樣本中的基因組DNA和cDNA進行測序 ,生成的長讀長適用于準確的分類學歸類和轉錄組學研究。*近的2019中國腸道大會上,新加坡國立大學基因組研究院計算與系統生物學中心的Niranjan Nagarajan分享了他利用納米孔測序實現人體腸道微生物組研究的一些成果。

Niranjan Nagarajan使用MinION對臨床研究樣本中的人類糞便進行宏基因組測序,結合短讀長測序技術,進行混合宏基因組組裝,該方法稱為“OPERA-MS”。混合組裝的結果顯示,與短讀長組裝相比,宏基因組的組裝連續性提高了一個數量級,并且獲得較高的堿基對準確率。通過對已確定的體外群落和虛擬腸道微生物群進行研究表明:僅需9X的測序覆蓋度,即有可能從宏基因組中組裝到幾乎完整的基因組,從而實現了低豐度物種(<1%)的高質量組裝,使研究人腸道微生物組中的抗性決定因子和移動元件變得越來越可行。

除了改善持續性,OPERA-MS的細粒度聚類還能夠在單個樣品中對同一物種的多個基因組進行卷積和組裝,準確區分其中亞種基因組,從而能夠在亞種水平上研究人類微生物組的復雜動態。如區分低豐度碳青霉烯類耐藥大腸桿菌菌株和患者腸道宏基因組中更豐富的敏感菌株 ,這些信息在臨床環境中具有重要價值。

更有意義的是,將納米孔測序應用于接受抗生素治療的患者的腸道宏基因組,顯示臨床研究中的糞便樣本中獲得的長讀長數據能夠生成更有意義的移動元件宏基因組組裝(比短讀長組裝提高200倍):包括> 80個已知的閉環質粒/噬菌體組裝和263kbp的巨型噬菌體,其中許多具有新的抗生素抗性,一些與已知序列沒有同源性。這些移動元件在抗干擾及腸道抵抗力方面發揮著非常重要的作用。

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