宏基因组二代测序技术

近三十年以来，组学研究一直是研究的热点，最早新起的是基因组学，然后是蛋白质组学，如今应用火热的新兴组学领域是宏基因组学（metagenomics）。而宏基因组，也称元基因组，利用新一代高通量测序技术( NGS)以特定环境下微生物群体基因组为研究对象，在分析微生物多样性、种群结构、进化关系的基础上，进一步探究微生物群体功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系，发掘潜在的生物学意义。与传统微生物研究方法相比，宏基因组测序技术规避了绝大部分微生物不能培养、痕量菌无法检测的缺点，因此近年来在环境微生物学研究中得到了广泛应用。

微生物包括细菌、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体以及病毒，它们个体微小、种类繁多、与人类关系密切。传统微生物诊断的方法是体液培养检测和药敏试验，但阳性率仅为10%左右；另一种是PCR检测，在敏感性、特异性和检测时效上明显优于培养法，但因为该法基于已知病原菌的基因组序列，所能提供的信息有限，依然不能解决临床诊断阳性率低的问题；除此之外，对于混合感染和未知致病微生物的检测是传统检测方法无法逾越的障碍。临床检测方法的局限常常导致错误用药和延误治疗，故此尽快发展新的能满足临床需求的检测方法刻不容缓。 宏基因组测序（mNGS）可描述样本中存在的所有DNA或RNA信息，从而能够分析整个微生物组以及患者样本中的人类宿主基因组或转录组，让致病微生物无所遁形。宏基因组测序（mNGS）技术相比于传统的微生物检测方法主要有如下优势。

02、技术流程

宏基因组测序（mNGS）的整个检测流程分为干&湿实验两方面，并且全程进行质控。湿实验从收到标本开始，针对不同的样本类型进行特异处理，提取核酸进行文库构建，然后上机测序；干实验包括下机数据的分析，去人源宿主序列，比对病原微生物数据库以及耐药数据库，进行种属鉴定以及耐药鉴定，最后解读报告，如下图所示。

微生物种类众多，广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域。因此，宏基因组测序（mNGS）技术的应用领域也是相当广泛，可广泛应用于如下研究领域。

1.医学领域：代谢病研究、肿瘤癌症研究、肿瘤药物开发等；

2.畜牧领域：肠道、瘤胃(如产甲烷菌类群)与动物健康/营养消化研究等；

3.农业领域：根据微生物与植物互作、农业耕作、施肥处理与土壤微生物群落研究等；

4.环境领域：雾霾处理、污水治理、石油降解、酸性矿水处理及海洋环境研究等；

5.生物能源：特殊功能的菌株、基因挖掘、工程菌的开发研究；

6.特殊极端环境：极端环境条件下的微生物类群研究。