新技術推動微生物研究

新技術一直是推動科研發(fā)展的利器。微生物作為生物學家研究熱點，對其基因組進行高分辨率、精準解析，一直是科研人員的共同需求。當前，解析微生物群落的物種構成主要依賴于擴增子測序和宏基因組測序。然而，擴增子測序存在擴增偏好、脫靶、分辨率低等問題，宏基因組測序對樣本DNA質量要求高，且通常無法解析菌株水平的基因組。

MobiMicrobe微生物高通量單細胞基因組技術和2bRAD-M簡化宏基因組技術是2022年發(fā)布的兩項新技術，將幫助科研人員對微生物基因組研究進入更精準的菌株水平。

MobiMicrobe微生物高通量單細胞基因組技術

2022年6月3日，哈佛大學化學和化學生物學系鄭文山博士（現(xiàn)墨卓生物CTO）和麻省理工學院生物工程系趙詩杰博士作為共同一作在Science上發(fā)布以“High-throughput, single-microbe genomics with strain resolution, applied to a human gut microbiome”為題的研究論文，發(fā)布了基于液滴微流控的， MobiMicrobe微生物高通量單細胞基因組技術。

技術簡介

MobiMicrobe技術通過集成多種液滴微流控操作技術和定制開發(fā)的生物信息學分析手段，不需要培養(yǎng)即可從復雜微生物群落中獲取成千上萬個單細胞微生物的基因組信息。該技術可用于精確解析菌株水平基因組、發(fā)現(xiàn)未培養(yǎng)的潛在的新菌株；進而可在菌株水平對HGT、宿主-噬菌體關聯(lián)、功能基因和代謝通路進行深入研究。

技術原理

MobiMicrobe技術主要基于液滴微流控技術。實驗流程和原理如下：

1、通過對微液滴進行操控，將成千上萬的微生物單獨地包裹在液滴中；

2、在每個液滴中，裂解微生物釋放DNA并進行全基因組擴增，打斷并加上街頭；

3、在每個液滴中使用帶有特定序列的標簽，標記每個液滴內來源于一個微生物的DNA分子；

4、將所有液滴內的DNA合并，進行建庫測序；

5、序列分析，并通過識別標簽將基因組序列拆分還原到單微生物水平。

技術亮點總結

研究人員將MobiMicrobe技術應用于人體腸道群落樣本，并用配套開發(fā)的生信流程進行分析。結果顯示，MobiMicrobe技術優(yōu)勢明顯，總結如下：

• 可獲得媲美“金標準”水準的可靠基因組

• 可精確解析菌株水平基因組，同時發(fā)現(xiàn)未培養(yǎng)的全新菌株

• 可在菌株水平分析水平基因轉移事件

• 可在菌株水平分析宿主-噬菌體關聯(lián)信息

2bRAD-M簡化宏基因組技術

2022年1月26日，Genome Biology（IF：17.906）在線發(fā)表了由中國科學院青島生物能源與過程研究所、中國海洋大學和歐易生物聯(lián)合研發(fā)、共同署名的題為“Species-resolved sequencing of low-biomass or degraded microbiomes using 2bRAD-M”的技術文章。自此誕生了新的微生物組測序技術——2bRAD-M，該技術起源于2bRAD簡化基因組測序技術（Nature Methods, Wang et al. 2012），通過IIB型限制性內切酶對微生物基因組酶切后獲得的特異標簽（unique tag)進行微生物定性和相對定量分析，較傳統(tǒng)微生物組測序技術有明顯的技術特色和優(yōu)勢，能夠低成本有效處理低生物量、嚴重降解及高宿主污染樣本，可一次性在種水平上同時檢測細菌、真菌和古菌。

技術原理

2bRAD-M技術原理如下圖所示：采用IIB型限制性內切酶對基因組酶切，可產(chǎn)生等長的酶切標簽tag（如，BcgI酶可獲得32bp等長標簽），對IIB酶切標簽進行擴增和測序，然后通過“兩步法”對微生物群落結構進行分析（包括細菌、真菌、古菌）。

第一步，我們通過預先建立的含有每種微生物unique tag的數(shù)據(jù)庫（2b-Tag-DB）進行定性分析，即篩選所有可檢測到unique tag的微生物物種。

第二步，對定性的微生物再次建立2b-Tag-DB并進行相對定量分析，即對上一步得到的微生物物種，根據(jù)unique tag分布進行進一步的篩選和豐度估計。該策略能夠高準確度、高靈敏度地檢出微生物，可以同時檢出細菌、真菌和古菌。

二、技術特點及優(yōu)勢

• 種水平（species level）的物種檢測分辨率；

• 一次測序可同時檢測細菌、真菌和古菌；

• 高效處理疑難樣本：低生物量（pg級別DNA）、嚴重降解樣本（如FFPE）、高宿主污染樣本等；

• 高靈敏度：對豐度較低的微生物種類也有較高的檢出能力；

• 技術文章影響因子高：歐易生物共同署名發(fā)表在《Genome Biology》，IF：17.906；

三、項目經(jīng)驗

歐易生物已經(jīng)做過的樣本類型：石蠟切片（FFPE）、各種拭子（口腔/皮膚/青春痘/環(huán)境等）、腫瘤組織（肺/肝/胰腺/頭頸/結腸等）、全血、尿液、腦脊液、唾液、齦溝液、乳汁等等；

詳細技術請訪問歐易生物官網(wǎng)

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（新的微生物組測序技術——2bRAD-M）

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