宏基因组技术可分析单个微生物菌株

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宏基因组技术可分析单个微生物菌株
7 f) x, X# f" a9 K) h: l( M来源：测序中国 / 作者： / 2016-06-02
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7 Z; g3 y. P& w/ {% R) m7 c宏基因组序列数据分析技术可以进一步揭示特定微生物菌株的详细信息。来自FEM研究所（Fondazione Edmund Mach）和意大利特伦托大学（University of Trento）的研究小组证明，一种高度重组微生物的不同株系存在于口腔微生物群落中，并且在口腔的不同区域聚集成簇，这些菌株具有一些突变帮助它们适应特殊的微环境。研究结果发表在5月27日的《Nature Microbiology》上。
% `$ w0 s+ R' G4 L宏基因组测序提供了一种评估混合样本中微生物组成（包括无法培养的细菌株）的好方法。然而现有的技术一般无法详细分析每一个株系，尤其是分析同属菌株之间的差异时。
, ~1 k3 [6 o0 N- y7 d! o3 I在这项研究中，研究人员使用了各种分析工具评估奈瑟氏菌（Neisseria）属的细菌，这是一种存在于口腔微生物群落中的高度重组细菌，分为良性菌株和致病性菌株。
! Q; r4 K1 S0 q3 C$ B  H1 U' z& q首先，他们开发了计算工具，帮助他们首次鉴定出了Neisseria的核心保守基因组区域，进而构建一个遗传变异图谱（这种方法曾被用于培养细菌样本，但是从没用于宏基因组样本）。随后，他们将宏基因组序列reads比对到核心保守区域，帮助他们识别样本中不同菌株的遗传模式特点。然后将这种方法与多位点序列分型（MLST）相结合，利用遗传标签进一步将每个菌株分离开。4 M! A7 T. M' e8 W8 R
他们在520份口腔微生物样本中测试了这些计算工具，这些样本来自人类微生物组计划（Human Microbiome Project）并进行过测序。首先他们将序列比对到N. meningitidis 参考基因组上鉴定出核心基因组，然后利用宏基因组序列数据中找到的SNPs识别每个样本中不同的Neisseria 株系。
! _0 p; U: G3 T- g0 r7 e/ M研究人员发现了两类不同的物种，一类来自舌背，另一类来自牙龈菌斑。他们还指出在咽喉处存在第三类，这个发现说明来自不同物种的株系与样本所处位置密切相关。3 T1 a4 o, r  Q) o* n8 Z$ @/ W( l
随后，研究人员利用短遗传特征（长度为12bp的DUSs序列，它在每个物种中是独有的），鉴定混合样本中特有的物种。这种方法进一步证实了他们之前在口腔微生物中鉴定的每个特定微环境的优势物种。然后他们又利用多位点序列分型（MLST）在宏基因组数据中鉴定株系特异性等位基因，识别出362种序列类型，其中26种在不止一个样本中出现。而这26种中，21种是之前未知的。
; a+ H- R. L9 p  S2 [作者表示，“这些结果说明，这组物种的多样性是受到了克隆扩张的影响，同时还有适应性突变和口腔微环境特异性基因组修饰的影响。”
4 F  M" p; j. p/ m研究人员能够使用他们鉴定的基因组标记物，以及在不同时间点从同一个体取样的多个样本，来分析同一个体的物种组成是如何随着时间而变化的。他们发现，来自舌头的样本中物种组成并未随时间改变，但由于数量太小还无法得出明确的结论。
, n1 V% X7 P" u3 h9 A作者写道，“利用不需培养的方法追踪细菌株系是研究其在微生物群落中功能和互作的第一步。追踪Neisseria菌株可以帮助我们更清楚地了解先天免疫的发生过程，以及疫苗接种的遏制策略的影响。同样它还能帮助我们鉴定可能引发疾病的因素，提供一种早期检测的方法。”; S3 q+ v8 E1 J3 T2 k3 b# z, |* w* F
参考文献：Uncovering oral Neisseria tropism and persistence using metagenomicsequencing. Nature Microbiology. doi:10.1038/nmicrobiol.2016.704 d5 V) g; f" D! M8 s

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