宏基因组学介绍1119

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完整版)宏基因组测序讲解

完整版)宏基因组测序讲解宏基因组测序的目的是研究藻类物种的分类、与特定环境相关的代谢通路，以及通过不同样品的比较研究微生物内部、微生物与环境以及与宿主的关系。

宏基因组，也称为微生物环境基因组或元基因组，是由Handelsman等于1998年提出的新名词。

它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。

宏基因组学是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象的微生物研究方法。

它通过功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系以及与环境之间的关系为研究目的。

一般XXX包括从环境样品中提取基因组DNA，进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作。

宏基因组文库是一种重要的研究工具，可以利用转入大肠杆菌中的宏基因组DNA载体，使以前无法研究的不可培养微生物的DNA得到复制、表达，从而进行研究。

所有带有宏基因组DNA载体的模式微生物克隆构成宏基因组文库。

对于宏基因组文库的DNA进行分析，有很多分析方法，主要分为表型功能筛选和序列基因型分析两类。

表型功能筛选是利用模式微生物表型的变化筛选某些目的基因，例如从文库中筛选能表达抗菌物质的克隆。

而序列基因型分析则是对文库中所有或部分的DNA进行测序分析，以应用于生态学研究，例如分析文库中16SrRNA序列，对所研究生态环境的多样性进行评估。

一个典型的宏基因组分析涉及多个轮次，以确保从生态环境标本中分离到目的基因，并尽可能多地分析DNA序列所编码的信息。

XXX是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象的新的微生物研究方法。

它主要通过功能基因筛选和测序分析来研究微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系。

在宏基因组学研究中，样品总DNA的提取及基因或基因组DNA的富集是非常关键的步骤。

提取的样品DNA必须可以代表特定环境中微生物的种类，获得高质量环境样品中的总DNA是宏基因组文库构建的关键之一。

宏基因组学

组（Metagenome）
广义的宏基因组：特定环境下所有生物遗传物质的总和狭义的宏基因组：特定环境样品中细菌和真菌的基因组总和
宏基因组测序（Metagenomics Next Generation Sequencing,mNGS)
NGS:也称高通量测序，是一种可以同时对数十万到数百万条DNA分子序列进行读取的测序技术。 mNGS:m指宏基因组。mNGS指宏基因组二代测序，以特定环境中整个微生物群落作为研究对象，利用高通量测序平台进行基因组DNA测序，DNA不需要进行PCR扩增，测序结果具有较好的无偏性，不仅可以提示微生物群落的物种组成，更能获需段序列分析不依赖于任何已知序列信息进行筛选。其中以功能筛选法最为常用。
能够直接发现全新的活性物质和功能编码基因，能够快速鉴别有开发潜力的克隆子缺陷：
工作量大,效率低，并且受检测手段有效性和灵敏性等限制。
谢谢！请大家批评指正
其前端关键性技术是环境DNA(e DNA)的提取A的提取
直接提取法（原位提取法）不经过样品中微生物的培养和分离，通过化学法、酶解法或物理法直接破碎环境中的微生物细胞而使DNA得以释放，并对DNA进行纯化。操作简便、省时、成本低，所获得DNA具有较好的完整性，并能够代表某一生境的微生物群落多样性。但常会出现细胞裂解不完全或DNA与土壤杂质成分产生共沉淀而无法有效地去除等问题，所以一般需要进一步的 DNA纯化处理，同时所提取获得的DNA片段较用离心介质或者梯度离心等方法先把微生物从环境样品中分离出来，再按处理纯培养细胞的方法裂解微生物细胞提取DNA。该法获得的宏基因组DNA受到胞外杂质污染干扰较少，纯度较高、DNA完整性好(20kb~大、DNA得率较低，其产率只是直接裂解法的1%~10%,且获得的DNA往往不能完全代表样品所在生境的生态学多样性。

宏基因组学概述

宏基因组学概述————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ宏基因组学概述王莹，马伊鸣（北京交通大学土木建筑工程学院环境140２班）摘要:随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用，促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学，英文名Mｅｔａｇenomics)的产生和快速发展。

宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNＡ,构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能．在短短几年内,宏基因组学研究已渗透到各个领域，包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等,并在医药、替代能源、环境修复、生物技术，农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值。

本文对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述关键词:宏基因组宏基因组学环境基因组学基因文库的构建Mａcｒo summary of ＭetagenｏｍｉcsWanｇＹｉng，Ma Ｙi-Mｉｎｇ(BeｉjinｇＪiaoｔｏngUniｖeｒsiｔy, Inｓtitute of civiｌ enｇｉneerｉｎｇ,）Key ｗords:Metａgenｏmｅ; Ｍetagenoｍiｃs;The eｎviｒｏｎｍental genｏmics宏基因组学（Meｔａgeｎomｉｃｓ)又叫微生物环境基因组学、元基因组学。

它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNＡ,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。

它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。

其主要含义是:对特定环境中全部微生物的总DNA(也称宏基因组，metａgeｎomｉc)进行克隆,并通过构建宏基因组文库和筛选等手段获得新的生理活性物质；或者根据ｒDNA数据库设计引物,通过系统学分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。

(完整版)宏基因组测序讲解

宏基因组测序目的研究藻类物种的分类，研究与特定环境与相关的代谢通路，以及通过不同样品的比较研究微生物内部，微生物与环境，与宿主的关系。

技术简介宏基因组( Metagenome)(也称微生物环境基因组Microbial Environmental Genome, 或元基因组) 。

是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名词，其定义为"the genomes of the total microbiota found in nature" , 即生境中全部微小生物遗传物质的总和。

它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。

而所谓宏基因组学 (或元基因组学， metagenomics) 就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。

一般包括从环境样品中提取基因组 DNA, 进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作。

宏基因组( Metagenome)(也称微生物环境基因组Microbial Environmental Genome, 或元基因组) 。

是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名词，其定义为"the genomes of the total microbiota found in nature" , 即生境中全部微小生物遗传物质的总和。

它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。

宏基因组学的PPT

宏基因组学的PPT宏基因组学是通过收集宿主的粪便里的微生物、以及培养皿中的微生物，利用专业的宏基因组技术进行分析。

它能够获得宏基因组信息和相关序列，从而为疾病相关症状的诊断和治疗提供依据。

随着人类健康问题愈演愈烈，为了降低成本，并能通过生物技术进行治疗，研究人员开发了宏基因组学技术。

其通过收集环境中存在的特定细菌，来分析它们在土壤、水源或大气中的分布，以了解它们在整个生态系统中所扮演的角色。

宏基因组学（宏测序法）是一种对人体和环境进行科学评价（包括微生物菌群与疾病之间关系）的工具。

它是一种高通量方法来鉴定微生物群落或疾病（包括寄生虫病等),并用于进行疾病和环境健康状态跟踪和诊断。

虽然宏基因组学可以通过分析病原体来诊断疾病——但目前还没有针对特定微生物群落或某一种病原体开展研究。

1.目的宏基因组学通过收集宿主的粪便和排泄物，以及在培养皿或土壤中的特定微生物群落来检测微生物菌群。

它们在宿主的整个生命周期中都是重要的，并且是许多宿主健康相关问题发生和治疗的潜在因素之一。

通过对宿主宏基因组学数据进行统计分析，可以更好地了解宿主微生物多样性与环境健康状况之间的关系；进而有助于了解宿主肠道微生物及其他微生物群落对人体健康所发挥作用；同时也有助于了解特定微生物群落与其健康状况之间的关系。

此外，还可以通过研究宿主体内微生物种群之间互相作用机制，从而更好地理解宿主微生物群落结构及疾病发生背后原因。

这为人类健康提供了新的见解。

在环境方面，宏基因组学可以从宿主微生物群落中发现与生态系统结构相关、通过检测宿主体内微生物群落来揭示生命现象本质和机制；还可以通过感染或死亡微生物群落以及与宿主相互交互作用规律来揭示微生物群落与疾病发生之间关系：同时宏基因组学还可以为相关研究人员提供研究资源、为治疗提供科学依据。

此外，宏基因组学还能为环境健康状态跟踪和诊断提供参考——为了解环境健康状态和健康风险提供科学依据。

2.方法原理在了解宿主肠道中的微生物群落的组成之后，宏基因组学可以分析宿主的粪便样本。

宏基因组及其应用

宏基因组及其应用学习笔记吕涛15010906一、宏基因组及宏基因组学1.概念宏基因组( Metagenome)（也称微生物环境基因组Microbial EnvironmentalGenome, 或元基因组）是由Handelsman 等1998 年提出的新名词，其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature” , 即环境中全部微小生物遗传物质的总和。

它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。

2.宏基因组学宏基因组( Metagenome)（也称微生物环境基因组Microbial EnvironmentalGenome, 或元基因组）是由Handelsman 等1998 年提出的新名词，其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature” , 即环境中全部微小生物遗传物质的总和。

它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。

3.发展历程环境基因组学——微生物基因组学——宏基因组学——人类基因组学人类基因组学：把人体内所有微生物菌群基因组的总和称为“人体宏基因组”(humanmetagenome)。

人类宏基因组学(human metagenomics)研究人体宏基因组结构和功能、相互之间关系、作用规律和与疾病关系的学科。

它不仅要把总体基因组序列信息都测定出来，而且还要研究与人体发育和健康有关的基因功能。

人类宏基因组计划目标是：把人体内共生菌群的基因组序列信息都测定出来，而且要研究与人体发育和健康有关的基因功能。

4.研究步骤5.研究方法二、宏基因组学的应用1.水体宏基因组学●海表层水样为研究海洋生命的代谢潜力和海洋生态学提供了前所未有的原始素材；海洋蕴藏着巨大的生物多样性和复杂性，宏基因组学将极大地促进人们对他的认识。

宏基因组及其应用

宏基因组及其应用学习笔记吕涛15010906一、宏基因组及宏基因组学1.概念宏基因组( Metagenome)（也称微生物环境基因组Microbial Environmental Genome, 或元基因组）是由Handelsman 等1998 年提出的新名词，其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature” , 即环境中全部微小生物遗传物质的总和。

它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。

2.宏基因组学宏基因组( Metagenome)（也称微生物环境基因组Microbial Environmental Genome, 或元基因组）是由Handelsman 等1998 年提出的新名词，其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature” , 即环境中全部微小生物遗传物质的总和。

它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。

人类宏基因组学(human metagenomics)研究人体宏基因组结构和功能、相互之间关系、作用规律和与疾病关系的学科。

它不仅要把总体基因组序列信息都测定出来，而且还要研究与人体发育和健康有关的基因功能。

人类宏基因组计划目标是：把人体内共生菌群的基因组序列信息都测定出来，而且要研究与人体发育和健康有关的基因功能。

宏基因组

1 宏基因组简介 2 研究步骤 3 应用及研究现状
一、宏基因组简介
1.产生背景
❖ 人类基因组计划(human genome project，HGP)的完成，从结构基因组学进入以功能性基因组研究为主的后基因组时代
❖ 人体的生理代谢和生长发育不仅受自身基因控制，还与其他生物基因组相关。已证明体内菌群的组成和活动与人的生长发育、生老病死息息相关。
❖ 优点：操作容易、成本低、DNA提取率高、重复性好
❖ 缺点：纯度低，腐植酸等污染严重，还需要经过纯化处理才能满足后续分子生物学操作的需要。此外，由于强烈的机械剪切作用，所提取的DNA片段较小 (1—50 kb) )且多为平端，不利于建库。
（2）间接提取法
❖ 操作方法：采用物理方法将微生物细胞从环境中分离出来，然后采用较温和的方法抽提DNA，如先采用密度梯度离心分离微生物细胞，然后包埋在低熔点琼脂糖中裂解，脉冲场凝胶电泳回收DNA。
❖ 要想了解生命的起源、本质、进化和相互作用及影响，就必须对彼此密切相关的生物进行各个基因组学及其相互关系的研究。
2.宏基因组（广义）
❖ 广义宏基因组是指特定环境下所有生物遗传物质的总和，它决定了生物群体的生命现象。它是以生态环境中全部DNA 作为研究对象，通过克隆、异源表达来筛选有用基因及其产物，研究其功能和彼此之间的关系和相互作用，并揭示其规律的一门科学
10
λphage
24
Cosmid,fosmid 35~45
BAC
120~300
PAC
100~300
YAC
250~2000
MAC
>1000
Vector structure
Expresslion hosts

宏基因组学的研究及其应用

宏基因组学的研究及其应用随着科技的不断进步，人类对于自然界的认识也在不断深入。

过去，我们只能通过显微镜观察到微生物的形态，而现在，我们可以通过先进的宏基因组学技术去研究微生物的DNA序列，从而了解生物界的更多信息。

宏基因组学已经成为了生物学及相关领域的研究热点，其在医学、环境监测、生态等方面应用广泛。

宏基因组学的研究方法宏基因组学是指研究环境样本中微生物群落的基因组学方法。

这是一项高通量技术，可以通过对微生物DNA的特定放大和测序来获取标准化数据，然后进行基因学分析。

在样本收集方面，一般采用一个高通量的DNA提取技术，以提取环境样本中的微生物群体中的基因组DNA。

DNA样本可以来自各种样本类型，如土壤、海洋、河流、水、气溶胶以及植物和动物等。

DNA提取和测序之后，需要对数据进行清洗、去除噪声、组装基因组和注释等复杂的分析流程。

这些数据分析工具需要依赖高级计算机科技，如云计算、高效算法、人工智能等。

宏基因组学在医学上的应用宏基因组学技术在医学上的广泛应用主要是通过研究微生物群落来了解人体内的微生物组成，从而促进人类健康的改善。

例如，人类肠道的微生物组成与许多人类疾病都有关系，包括肥胖症、炎症性肠病、癌症等等。

通过宏基因组技术，我们可以了解不同人体的微生物群落组成差异，并发展出一些治疗方案，以改善人类健康。

除了以上的应用，宏基因组技术在药物研发方面也有着广泛的应用。

许多药物的研究及开发需要使用大量的微生物，而宏基因组技术可以对微生物的基因组信息进行更深入的研究，以便更好地了解微生物的生理机制，并且开发出更有效的药物。

宏基因组学在环境研究上的应用宏基因组学技术在环境研究中的应用也是非常广泛的。

对于环境保护和治理，我们需要了解微生物对于气候变化和污染的反应，以便更好地处理环境问题。

例如，通过宏基因组技术可以了解微生物在水体中的变化及其对不良污染的反映，从而开发出更为高效的治理方案。

另外，宏基因组技术在农业生产中也有着重要的作用。

宏基因组学

宏基因组学宏基因组学是“大基因组学”的英文名称，它是利用基因组学手段来研究和探讨生物体的宏观特征的研究领域。

研究的内容涉及基因组结构、组织和功能的互相关联，以及不同生物体之间的生理学差异和个性化变异。

随着基因组学技术的发展，宏基因组学也取得了巨大的进展，它可以为我们解释宏观特征的起源、变化和生态适应性提供重要信息。

宏基因组学可以提供对生物体的重建和分类，以及深入研究特定生物体的功能。

通过宏基因组学，可以识别、分析多种生物体的基因组，理解细胞的结构和功能，从而了解整个生物体是如何受到基因调控的。

宏基因组学也可以帮助研究人员找出罕见的特殊基因或基因突变，从而研究其对健康、发育或其他性状的影响，以及它们在某一特定生物体中的演化史，以深入了解这些性状的起源和变异。

宏基因组学也为研究不同物种之间的关系提供了重要的参考。

它收集了大量的基因组测序数据，识别不同物种之间的共同特征，帮助研究人员更好的了解它们的进化史，以及物种之间的关系和相似性。

通过宏基因组学，可以更好地理解物种演化的细微差别，以及怎样的变异和进化有助于调节它们的生理学功能。

宏基因组学的应用涉及若干种子领域。

例如，它可以用来研究野生动物在局部环境中的变异，帮助调查不同物种之间的遗传差异，以及物种间和物种内遗传变异的起源和发展。

它还可以进行核酸检测，发现新的基因、新的疾病以及可能的药物治疗方案。

此外，它还可以帮助促进疾病的诊断和预防，并实现有效的抗性策略。

总而言之，宏基因组学是一门新兴的科学，可以对有机体产生重大影响。

它不仅可以为科学研究提供重要线索，还可以应用于生物安全、健康和材料制造等领域，帮助人类利用自然资源有效地保护和发展各种生物。

但是，基于这一新兴学科，还需要开展全面深入的研究，在宏基因组学的应用中，探索、发现更多的可能性，以更好的开发和利用自然资源。

宏基因组学在基因发现中的应用

thank you ！请老师及同学批评,已发现的新基因主要有生物催化剂基因、抗素抗性基因以及编码转运蛋白基因
方法上仍存在着多方面有待解决的问题,比如在基因组提取和纯化方面,针对不同的样品颇受欢迎的一种高通量筛选方法,而且其效率很高,准确率也能令人信服,但是其成本也入的研究
宏基因组水平基因转移的分析
三、由于环境基因组的高度复杂性,需要功能的克隆子进行直接检测；方法二：基于异源基因的宿主菌株与其突变体在选择性条件下功能互补生长的特性进行
2、序列分析法
根据已知的基因和基因表达产物的保守序列设计引物和探针，通过杂交或PCR扩增鉴定出已知基因的同源物,进而筛选阳性克隆子对鉴定新的基因成员有一定的局限性 ,但它已被有效地用于鉴定系统发育学中的标志基因(如 16S rRNA基因 )和带有高度保守域的酶基因(如聚酮化合物合成酶、葡萄糖酸还原酶和腈水合酶等 )
焦磷酸测序技术的特点及原理：
由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应。原理：引物与模板DNA退火后，在DNA聚合酶、ATP 硫酸化酶、荧光素酶和三磷酸腺苷双磷酸酶4种酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次荧光信号的释放偶联起来，通过检测荧光的释放和强度，达到实时测定DNA序列的目的。焦磷酸测序技术的反应体系由反应底物、待测单链、测序引物和4种酶构成。反应底物为5'-磷酰硫酸、荧光素。
DNA提取直接裂解法小片段插入质粒载体细胞分离提取法大片段插入柯斯 BAC等载体
插入寄主底物诱导法
型生物技术的应用宏基因组学未培养生物单细胞基因组的基因构成传感微生物细胞之间的相互作用新型代谢途径中原位扩增识别
测序过程:

宏基因组的原理及应用

宏基因组的原理及应用1. 宏基因组的定义宏基因组，也被称为环境基因组，是指利用高通量测序技术对环境样品中的全部基因组进行测序和分析的一种方法。

与传统的基因组学研究关注单个生物个体的基因组不同，宏基因组研究旨在了解整个环境中微生物群落的遗传信息。

2. 宏基因组的测序技术2.1 16S rRNA测序宏基因组研究的一个重要方法是对16S rRNA基因进行测序。

16S rRNA是细菌和古细菌中高度保守的基因，具有高度变异的区域和保守的区域。

通过对16S rRNA基因进行测序和比对分析，可以对微生物群落的组成和丰度进行研究，并推测不同微生物的功能和相互作用关系。

2.2 全基因组测序全基因组测序是另一种常用的宏基因组研究方法。

通过对环境样品中微生物的全部基因组进行测序，可以获取更全面的遗传信息。

全基因组测序可以用于研究微生物的种类组成、基因编码功能以及潜在的生物合成能力等。

3. 宏基因组的分析流程宏基因组的分析流程主要包括样品采集、DNA提取、测序、数据处理和结果分析等几个步骤。

3.1 样品采集样品采集是宏基因组研究的第一步，根据研究目的选择合适的环境样品，如土壤、水样、肠道内容物等。

样品采集过程需要注意避免外源性DNA污染，并保证样品的代表性和多样性。

3.2 DNA提取DNA提取是宏基因组研究的关键步骤，可以使用商用的DNA提取试剂盒，也可以根据具体情况选择自制的提取方法。

提取得到的DNA需要经过质量检测来评估DNA的纯度和完整性。

3.3 测序宏基因组的测序通常采用高通量测序技术，如 Illumina HiSeq、PacBio SMRT等。

测序过程中需要进行质量控制和序列拼接，以获得高质量的宏基因组序列数据。

3.4 数据处理宏基因组测序生成的数据通常包含大量的序列信息，需要经过一系列的数据处理步骤来处理和分析。

常见的数据处理包括去除低质量序列、去除冗余序列、比对序列到参考数据库、聚类序列到操作单元（OTU）等。

宏基因组测序简介(发布版)

用分布。
10
最早的宏基因组应用——环境宏基因组[14-15]
11
2008年——死后查因[16]
临床宏基因组应用先锋
2014年——首例临床，免死诊断[17]
2019年——病前预测[18]
3个病人在同一天接受同一个捐献者的器官移植。在移植后4~6周均出现发热后去世。
培养、PCR、血清学筛查、芯片检测均为发现有用信息。
几秒到几分钟（培养后）
极个别顶尖三甲
1~2天（Nanopor e可将时间缩短至几小时）
几乎未开展
6
定义：
宏基因组测序（MetaGenomics Next Generation Sequencing，mNGS），最早由威斯康辛大学植物病理学部门的Jo Handelsman等于1998年提出，后被伯克利分校的研究人员Kevin Chen和Lior Pachter等定义为“应用现代基因组学的技术直接研究自然状态下的微生物的有机群落，而不需要在实验室中分离单一的菌株”[12]。
2016年，FDA发布NGS用于感染疾病监测指南：微生物鉴定、抗菌药物耐药性、独立标志物[20]
2018年4月，高通量测序技术写入中国成人医院获得性肺炎与呼吸机相关性肺炎诊断和治疗指南[21]
2019年
2020年 14
15
宏基因组测序检测流程
样本采集
样本处理
NGS测序
数据分析
报告解读
质控！《医疗机构临床基因扩增检验实验室管理办法》《医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则》
优势：
1、无偏倚，如一个标本中既有曲霉菌又有白色念球菌，培养时，如果白色念球菌生长较快，便会影响曲霉菌的生长，所以培养是有偏倚的，但理论上，宏基因组测序对病原学诊断是没有偏倚的。 2、广覆盖，可以同时检测多种病原（如细菌、真菌、病毒、寄生虫、支原体/衣原体、分枝杆菌等）。 3、无需先证知识，mNGS可以无需提前知道该样本中的感染病原。

宏基因组学名词解释

宏基因组学名词解释宏基因组学名词解释1. 引言宏基因组学是一门研究关注复杂生态系统中多个物种的基因组结构和功能的新兴学科。

宏基因组学通过高通量测序技术和先进的生物信息学工具，使我们能够更全面地了解和研究整个生态系统中的多样性和相互作用。

本文将探讨宏基因组学的定义、意义和应用领域，帮助读者对这一学科有更深入的理解。

2. 宏基因组学的定义宏基因组学（metagenomics）是对自然环境中所有微生物群体的基因组进行大规模研究的学科。

与传统基因组学研究个体生物的基因组不同，宏基因组学通过直接从环境样品中提取DNA，而无需进行单个细菌或真核生物的纯化和分离。

这使得研究者可以全面了解整个生态系统中的微生物多样性和功能。

3. 宏基因组学的意义宏基因组学的出现革新了我们对微生物的认知。

过去，研究人员主要通过培养和分离单个微生物来了解其特性和功能。

然而，只有少部分微生物可以被培养和分离，这限制了我们对微生物世界的认知。

宏基因组学的发展使我们能够研究那些无法在实验室中培养的微生物，扩大了我们对微生物多样性和功能的认识。

4. 宏基因组学的应用领域宏基因组学在众多领域中有着广泛的应用。

宏基因组学有助于了解和保护环境。

通过分析环境样品中的基因组数据，可以评估环境中的生物多样性和生态系统功能。

宏基因组学对人体健康也有着重要意义。

通过分析人体内微生物群落的基因组，可以研究微生物与人体健康之间的关联，并筛选潜在的微生物治疗方法。

宏基因组学还在药物发现、农业生产和食品安全等领域发挥着重要作用。

5. 个人观点和理解宏基因组学的出现和发展为我们揭示了微生物世界的奥秘，对科学研究和应用有着重要的意义。

通过研究宏基因组学，我们不仅能够更好地了解生态系统中的微生物多样性和功能，还能够应用于环境保护、医学健康、农业和食品安全等领域。

然而，它也面临一些挑战，如巨大的基因组数据处理与分析、难以获取全面和准确的样本等。

我认为在未来的发展中，宏基因组学需要更加注重生物信息学、数据挖掘和新的实验技术的研究，以应对这些挑战。

宏基因组学概述

宏基因组学概述王莹，马伊鸣（北京交通大学土木建筑工程学院环境1402班）摘要：随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用，促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学，英文名Metagenomics)的产生和快速发展。

宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA，构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能．在短短几年内，宏基因组学研究已渗透到各个领域，包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等，并在医药、替代能源、环境修复、生物技术，农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值。

本文对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述关键词：宏基因组宏基因组学环境基因组学基因文库的构建Macro summary of MetagenomicsWang Ying, Ma Yi-Ming（BeijingJiaotongUniversity, Institute of civil engineering,）Key words:Metagenome; Metagenomics; The environmental genomics宏基因组学（Metagenomics）又叫微生物环境基因组学、元基因组学。

它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。

它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。

其主要含义是：对特定环境中全部微生物的总DNA（也称宏基因组，metagenomic）进行克隆，并通过构建宏基因组文库和筛选等手段获得新的生理活性物质；或者根据rDNA数据库设计引物，通过系统学分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。

宏基因组测序

宏基因组测序1宏基因组研究概况宏基因组学（Metagenomics，又称元基因组学）这一概念最早在1998年由威斯康辛大学植物病理学部门的Jo Handelsman等提出，随后伯克利分校的研究人员Kevin Chen和Lior Pachter将宏基因组定义为：应用现代基因组学的技术直接研究自然状态下的微生物的有机群落，而不需要在实验室中分离单一的菌株的科学。

鉴于环境中99%的微生物不可培养，宏基因组无需进行微生物分离操作的技术特点打破了传统微生物学基于纯培养研究的限制，为充分认识全球和人体范围内微生物和开发利用未培养微生物，并从完整的群落水平上研究微生物的活动和发掘潜在功能提供了可能。

传统的宏基因组学研究通过直接从环境样本中提取DNA，构建DNA克隆载体的宏基因组文库，并利用基于核酸序列差异分析、克隆子的特殊代谢活性、底物诱导基因的表达和（或）稳定同位素和荧光原位杂交等技术对宏基因组文库进行筛选和分析，从而有效地利用环境中丰富的微生物资源和挖掘新的特殊功能代谢物。

在宏基因组学研究的发展前沿中，核酸测序技术测序速度和通量的增长引人注目。

在下一代测序技术（NGS，又称第二代高通量测序技术）出现之前，基于宏基因组测序的核酸序列差异分析通常使用Sanger测序（主要基于双脱氧核苷酸链终止反应）方法，对宏基因组克隆文库或功能扩增子进行测序，来研究环境中微生物群落多样性及功能特征。

但Sanger测序方法通量较小、测序周期较长且价格昂贵。

随着新一代测序技术的迅猛发展以及广泛应用，宏基因组测序的方法也发生了翻天覆地的变化，目前科学家们可以对环境中的微生物全部基因组进行测序，在获得海量的数据后，全面地分析微生物群落结构以及基因功能组成，了解微生物如何耐受极端环境，发觉新的生物资源并探索微生物与环境间的相互作用。

下一代测序方法使用了几种不同的高通量平台，最先使用的是基于焦磷酸聚合酶乳液的RocheGS20 454测序仪（又称焦磷酸测序仪）。

宏基因组-PPT

3.开拓天然产物新资源

2000年8月, Brady和 Clardy等人构建了一个含有约7000000个5个, 并从其中一个克隆发酵物中分离出一系列具有抗菌活性的长链N2酰基酪氨酸类新化合物 1213
3.开拓天然产物新资源
（2）间接提取法

操作方法：采用物理方法将微生物细胞从环境中分离出来，然后采用较温和的方法抽提DNA，如先采用密度梯度离心分离微生物细胞，然后包埋在低熔点琼脂糖中裂解，脉冲场凝胶电泳回收DNA。优点：可获得大片段DNA(20—500 kb)且纯度高缺点：操作繁琐，成本高，有些微生物在分离过程中可能丢失，温和条件下一些细胞壁较厚的微生物 DNA 也不容易抽提出来。所获得的DNA产率比原位裂解法少10—100倍
三、宏基因组的应用及研究现状
1.海洋微生物

1、海洋生物活性产物的痕量存在； 2、海洋生物活性物质难于化学合成； 3、产生活性物质的海洋微生物难于人工培养
宏基因组工程与海洋生物学进行有机的结合，促使人类了解许多为培养海洋微生物的基因组序列及其功能产物，在海洋天然药物研究、海洋极端环境微生物研究、海洋微生物多样性探索中具有十分重要的应用前景。
测序过程: 脱氧核苷酸三磷酸(dNTP) DNA聚合酶↓（能和DNA模板的下一个碱基配对）添加到测序引物的3’末端 ↓ （释放）焦磷酸(PPi) ATP硫酸化酶↓加入 APS 特异的检测峰 ↓ ↗ （微弱光检测） ATP→→→→氧化荧光素（产生可见）
加入荧光素
（2）基于功能的筛选方法

以活性测定为基或编码功能蛋白在外源宿主中的表达能够在各种选择性平板上通过可见性状筛选的到产生脂酶、淀粉酶、七叶苷水解酶、甘油脱水酶及抗菌活性的克隆子