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納米孔測(cè)序?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體腸道微生物組中抗性決定因子和移動(dòng)元件的高分辨率分析

作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-09 來源:互聯(lián)網(wǎng)

微生物組學(xué)的研究——即給定樣本中所有微生物的遺傳物質(zhì)的研究*近引起了相當(dāng)大的關(guān)注,而這主要是因?yàn)槿藗冋J(rèn)識(shí)到我們身體和環(huán)境的微生物的組成會(huì)對(duì)我們的健康產(chǎn)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(shù)萬億的細(xì)菌同時(shí)存在,并通過飲食和偶爾的抗生素選擇,創(chuàng)造了一個(gè)抗生素抗性基因很容易在細(xì)菌物種之間轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)環(huán)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(zhì)粒上攜帶抗性元件,可通過多種細(xì)菌傳播(如耐碳青霉烯腸桿菌科細(xì)菌CRE),腸道微生物組作為媒介來促進(jìn)抗生素耐藥性的傳播,具有重要的科學(xué)和公共衛(wèi)生意義。

納米孔平臺(tái)能夠?qū)昊蚪M或靶向富集樣本中的基因組DNA和cDNA進(jìn)行測(cè)序 ,生成的長(zhǎng)讀長(zhǎng)適用于準(zhǔn)確的分類學(xué)歸類和轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究。*近的2019中國(guó)腸道大會(huì)上,新加坡國(guó)立大學(xué)基因組研究院計(jì)算與系統(tǒng)生物學(xué)中心的Niranjan Nagarajan分享了他利用納米孔測(cè)序?qū)崿F(xiàn)人體腸道微生物組研究的一些成果。

Niranjan Nagarajan使用MinION對(duì)臨床研究樣本中的人類糞便進(jìn)行宏基因組測(cè)序,結(jié)合短讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù),進(jìn)行混合宏基因組組裝,該方法稱為“OPERA-MS”?;旌辖M裝的結(jié)果顯示,與短讀長(zhǎng)組裝相比,宏基因組的組裝連續(xù)性提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),并且獲得較高的堿基對(duì)準(zhǔn)確率。通過對(duì)已確定的體外群落和虛擬腸道微生物群進(jìn)行研究表明:僅需9X的測(cè)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(shí)現(xiàn)了低豐度物種(<1%)的高質(zhì)量組裝,使研究人腸道微生物組中的抗性決定因子和移動(dòng)元件變得越來越可行。

除了改善持續(xù)性,OPERA-MS的細(xì)粒度聚類還能夠在單個(gè)樣品中對(duì)同一物種的多個(gè)基因組進(jìn)行卷積和組裝,準(zhǔn)確區(qū)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(fù)雜動(dòng)態(tài)。如區(qū)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(huán)境中具有重要價(jià)值。

更有意義的是,將納米孔測(cè)序應(yīng)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(zhǎng)讀長(zhǎng)數(shù)據(jù)能夠生成更有意義的移動(dòng)元件宏基因組組裝(比短讀長(zhǎng)組裝提高200倍):包括> 80個(gè)已知的閉環(huán)質(zhì)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(dòng)元件在抗干擾及腸道抵抗力方面發(fā)揮著非常重要的作用。

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