宏基因组:探索微生物在大自然的新领域
宏基因组是什么?
“微生物群落的宏基因组研究通过DNA提取整个人口,而不是看着其中的生物个体,”教bet188真人授说一分钱赫希,洛桑研究所的研究员。
这项技术可以帮助揭示微生物存在于一个样本,确定的相对含量,并掌握他们的生化途径。
“它给你一个全球的观点发生了什么在一个复杂的微生物群落,在技术上是很简单的,”马克Pallen教授说,研究领导者Quadram研究所。
这是一个强大的方法,使科学家探索微生物生活在富有挑战性的学习环境,包括土壤和人类的肠道。
土壤宏基因组:打开黑盒子
传统上,微生物依靠孤立和在实验室培养个别物种。但这使得许多生物体遥不可及——他们太标准的文化技术很难生长。
“土壤是最好的例子,因为这是一种黑盒,我们知道只能文化大约1%的生物生活在它,”赫尔希博士解释说。
但是现在宏基因组使科学家能够研究土壤生态系统在不同寻常的细节,帮助他们拆开微生物在养分循环中的作用或抑制植物病原体。
“我们需要能够理解土壤,这样我们就可以更有效地管理他们——所以,例如,我们可以优化释放温室气体,”赫尔希博士解释说。
这种方法还可以帮助检测抗生素抗性基因的潜在来源,跟踪他们的传播环境。相反,它还可以提供丰富的新的潜在的新抗生素的来源。
宏基因组测序的量子飞跃
宏基因组的主要推动者是DNA测序技术的迅速和显著改进发生在十年前。
”是完全不可能的序列从土壤中提取DNA,它太复杂,”赫尔希博士解释说。
但随着成本下降和吞吐量上升,它成为可行序列需要深度的报道——这发生在与生物信息学的重要进步。
“你需要一个大数据库和能力匹配序列,没有它你不知道的东西是什么,“Hirsch说。
和大型合作项目爬(微生物生物信息云基础设施)和数据分析提供支持。
“我认为所有这些并行运行,测序技术的进步,生物信息学和它周围的基础设施都是做这个更容易处理的比几年前,“Pallen说。
探索微生物“暗物质”
宏基因组提供新的和无与伦比的见解微生物群落,发现大量的新的生物多样性。bet188真人
“我们发现很多隐藏的生物,有隐藏的分类和有许多生物我们甚至不知道在那里,“Pallen说。“例如,我们做了一些宏基因组的鸡肠和许多生物我们发现以前未知的物种,新的科学。”
事实上,有这样的一个爆炸的新发现的微生物物种,这导致了一个生命之树被称为的扩张候选人门辐射代表超过15%的细菌多样性。
“他们有许多新的细菌类群和他们已经发现了这些奇怪的事情,人们甚至不知道,“Pallen说。
进化起源
宏基因组也在意想不到的地方找到生物。一个例子是古生菌,原始的单细胞生物,被认为只有生活在极端环境中海洋通风口或酸矿。
“但现在我们知道他们到处都是土壤中相对常见,约占总数的1%——他们在氮循环很重要,“Hirsch说。
研究古生菌的基因组还帮助探索科学最大的问题之一大的起源进化谱系在生命之树。
“起初,古菌看起来就像细菌,但它们的DNA序列告诉我们他们非常不同——比我们从树木,例如,“Hirsch说。
由于这些戏剧性的差异,古生菌现在在一个单独的域分类细菌。现在问题是引起对真核生物的起源,这以前认为来自细菌。
“现在从宏基因组研究,许多古菌的创新被认为是纯粹的真核,“Pallen说。
这表明,从古传承实际上真核生物进化,而不是细菌。
利用宏基因组探索人类微生物组
宏基因组研究也使数十亿微生物生活在和我们的身体。
大约十年前人类微生物组计划着手进行人口普查的常驻在我们的肠道微生物和其他器官。其他工作正在研究这些动物包括鸡、猪和反刍动物。
“在肠道微生物组,有一个名单的事情没人能过的文化。很多生物已经追逐了,人们现在开始下一阶段——锻炼可能会导致各种疾病,“Pallen说。
改变肠道微生物都牵连到许多条件从炎症性肠病、糖尿病、过敏、肥胖,甚至自闭症。希望通过了解这一点,我们也许能够找到方法来逆转变化,甚至阻止人们在第一时间得到这些疾病。
“还有比较方面以及原来没有一个或守恒的肠道微生物,而是一个非凡的多样性之间的健康的人,所以我们也看看这些变化的潜在影响,“Pallen解释道。
克服挑战猎枪宏基因组
宏基因组依靠下一代(或猎枪)测序,可以检测到基因和生物出现在人群中。而是因为它只给短的DNA片段,重建整个基因组从生物个体仍然是一个挑战。
“这有点像做拼图,但实际上比,就像如果你把100锯曲线机然后把它们都扔进一个盒子,然后试图解决这些问题,“Pallen解释道。
但希望是在地平线上的发展读测序技术将使研究人员能够看到哪些基因发生在相同的有机体。
“所以有很多短的可能多达500个碱基对,我们认为可以提取很长序列会给你大量的微生物染色体,”赫尔希博士解释说。
另一个挑战是生物信息学,纯粹的费用的计算时间分析大量的数据,缺乏清晰的最优方法进行分析。
“这是一个约束,我们举行,不仅所花费的时间过程,你理解事物的方式,没有一个完整的共识的方式做到这一点,bioinformaticians需要解决,“Hirsch说。
宏基因组分析:发现的一个强大的工具
宏基因组使研究人员能够分析出社区生活在一个范围的环境比以往更详细。bet188真人
“这是一种新的边界的方式。它允许您发现“未知的未知”——你甚至没有怀疑的事情,“Pallen说。
从研究到目前为止,清楚的是,仍然是那么多发现——我们认为我们知道生活世界和生物圈的只是一小部分。
“我认为这将改善我们管理某些环境中,不管是我们的内脏或土壤,或我们的河流。它将帮助我们理解我们应该或不应该做什么,我们必须小心,“Hirsch说。
