测序人类微生物组:打开黑盒子

微生物研究领域以惊人的速度在最近几十年,已经有越来越多的证据表明,我们的微生物群落对我们的健康有深远的影响。bet188真人

”把它放到上下文中,我们有一个大概的数字,微生物是人类基因组约150倍,”林赛·霍尔说,微生物组组长Quadram研究所,英国诺维奇。“所以,开始给一个想法,它可能是对我们非常重要!”

巨大的测序技术的进步,搭配大幅降低成本,已经打开了门研究探索微生物的集合,住在在我们的身体比以前更全面。

“我们已经知道了很长一段时间,这些社区是重要的对我们的健康但试图处理他们的复杂性bet188真人是非常困难的,”解释了大厅。“但我们现在可以深入并看一看这些微生物,看看他们对我们健康的影响。”

提高我们的知识的组成和功能我们的微生物我们的生理机能的影响方面吗拥有更大的潜力发展的新的方法来预防和治疗一系列的疾病,如感染性疾病、癌症、精神疾病和自身免疫状况。

测序的“暗物质”

尽管微生物研究绝不是新的,多年的科学家们有限的传统的微生物学方法可用来研究它。

”问题是不可能的文化标准条件下的微生物群,”w . Florian Fricke解释说,豪恩海姆大学营养基因组学教授,德国斯图加特。“所以很长一段时间,这部分被忽视了。”

但在十年前,下一代测序(上天)技术的引入加快研究这个隐藏的微生物组的分数。

“我们现在可以分析微生物群落,而无需增加他们在实验室里,“解释了亚历克斯·阿尔bet188真人梅达欧洲生物信息学研究所博士后研究员(EMBL-EBI)在剑桥,英国。“这使得我们研究微生物的多样性更大深度。”

研究人员使用两个主要 挥动的方法来分析微生物 。宏基因组内涉及DNA测序的所有样本,同时扩增子测序看着特定细菌“指纹”——通常是通过16 s rRNA基因的扩增和测序片段。

“宏基因组是更昂贵但提供了一个非常深,完整的样品中微生物群落,所以不仅仅是细菌,而且其他生物如病毒,“Fricke解释道。“扩增子测序更简单和更快,可以告诉你什么细菌种类及其相对丰度存在。”

宏基因组产生一个短的DNA片段集合,科学家然后试着拼凑成单个细菌基因组。

“当你序列复杂的社区像人类肠道,你会得到很多不同的片段从许多不同的物种,”解释了阿尔梅达。“在计算方面,我们需要解决这个试图理清个人生物多样性。”

但 新技术可以产生更长的序列 ,使更大的分辨率和精度。和 染色体构象捕获技术,如高c, 能提供线索的真实距离样本内的两个片段。

“如果我们知道两个DNA分子紧密在一起,我们有一个更大的假设,他们属于同一个有机体,这提高了分析,“阿尔梅达解释道。“这些技术允许我们添加另一个维度的测序数据,我们可以检索”。

正在进行的挑战

门店技术结合生物信息学导致爆炸的研究微生物实验室在世界各地。

“成千上万的样品测序和向公众发布域每个月,“阿尔梅达说道。“分析能力持续和繁殖的结果由不同的团队在这个领域是一个巨大的挑战。”

为了帮助解决这个问题,阿尔梅达在EBI负责的团队 MGnify microbiome-derived测序数据,一个集中的中心,他解释说,“免费资源,使研究人员能够存款和分析数据以一致的方式。”

尽管先进的测序技术的出现已经打开门比以往更深入地探索微生物,微生物群落仍难以接近的几个方面。bet188真人

“我们仍然有很多的未知序列,所以我们可能知道它是细菌,但我们不知道它是什么物种,”霍尔说。“增加参考数据库将会有所帮助,但这将需要更多的培养。”

另一个限制是,当前的方法往往会导致成分的生成数据而非绝对定量样品中的微生物的信息。

“你通常不会保持原文的信息数量的微生物进行了分析,最后,你只能得到一个未知的比例,“Fricke解释道。“所以我们可能会发现,20%是细菌X和30%是细菌Y,但我们只是得到一个相对丰富物种目录。”

处理的全部复杂性微生物,研究人员将需要开发新的方法,使他们能够发现主要微生物群体之间的定量关系。

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可再生的微生物的分析是建立在一个健壮的和公正的微生物组工作流程。细胞溶解是一个重要的步骤在继续之前的提取DNA, RNA,蛋白质或活细菌样本。机械溶解使用珠子(珠跳动)被认为是黄金标准方法溶解各种类型的细胞和微生物。下载这个白皮书发现乐器使用3 d-bead打技术加强高标准。

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巨大的进步在微生物分析

尽管存在这些挑战,研究人员正在不可思议的进步建立我们对微生物的认识。例如,阿尔梅达是一个团队的一部分,最近发表了他们的结果 大规模基因组测序项目,重建92143 metagenome-assembled肠道从11850人 。

“我们现在有一个更全面的人类肠道微生物组地图,”描述了阿尔梅达,“我们发现近2000以前未知的细菌种类,大幅扩大集体肠道微生物群的著名曲目。”

但小型化设备是最新的发展在测序技术范式转变——开启令人振奋的新机会研究人员开发开创性的解决方案来解决实际问题的能力。

“有新设备可以在一个u盘的大小,“阿尔梅达说道。“这些技术使收集样本,分析它们在实时而不是送他们回到实验室。”

这些尖端技术的原理可以提供临床,大厅的团队最近显示,可以进行宏基因组快速和可靠的 识别微生物存在于一个早产婴儿的粪便,可能导致危及生命的条件 。

“我们用测序设备加上定制软件分析数据在不到5个小时,”解释了大厅。“我们的方法也揭示抗菌素耐药性基因的存在,这是至关重要的信息供医生选择抗生素会最有效地杀死它。”

“谨慎乐观”

由于巨大的测序技术的进步及其计算分析,我们理解人体微生物群落,住在近几十年来已大大提高。bet188真人

“我们有最密集的殖民生态生活在地球上我们这有点令人难以置信!”Hall说。“所以很重要知道他们是谁和他们所做的对我们,这些新技术使我们能够找出有什么或他们在做什么。”

使用这些信息的新的医疗干预措施的发展机会,可以改变我们的方法来预防或治疗不同的疾病。

“我非常兴奋微生物的潜力,“阿尔梅达说道。“这可能是革命性的,尽管我们必须认识到,有很多的,仍然需要取得进展。”