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《科學(xué)》:宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)

2013-12-16 15:18 閱讀:1778 來源:生物360 作者:孫福慶 責(zé)任編輯:云霄飄逸
[導(dǎo)讀] 除了宏基因組學(xué)技術(shù)之外,還有另外一種技術(shù)就是單細(xì)胞基因組測(cè)序技術(shù),這也是一種不需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的測(cè)序技術(shù),只需要從環(huán)境樣本中提取細(xì)胞并進(jìn)行基因組測(cè)序就可以完成工作。

    除了宏基因組學(xué)技術(shù)之外,還有另外一種技術(shù)就是單細(xì)胞基因組測(cè)序技術(shù),這也是一種不需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的測(cè)序技術(shù),只需要從環(huán)境樣本中提取細(xì)胞并進(jìn)行基因組測(cè)序就可以完成工作。最近,Rinke等人從多種不同的自然環(huán)境樣本中都成功地分離得到了單細(xì)胞標(biāo)本,并且成功地進(jìn)行了DNA擴(kuò)增和測(cè)序,獲得了201個(gè)基因組(非完整基因組)。據(jù)估計(jì),這些序列的平均完整程度達(dá)到了40%.據(jù)我們了解,到目前為止還沒有哪一個(gè)單細(xì)胞基因組測(cè)序工作能夠獲得完整的基因組序列。這種單細(xì)胞基因組測(cè)序工作獲得的序列基本上都是不完整的。Rinke等人開展的工作已經(jīng)可以算是非常漂亮的工作了,他們獲得的最完整的基因組序列(認(rèn)為該序列的完整程度幾乎接近100%)也是由10個(gè)片段拼接而成的,另外一個(gè)完整度達(dá)到99%的基因組序列更是由137個(gè)片段組成的。

    用宏基因組學(xué)技術(shù)獲得的基因組片段很多都是不完整的(這主要是因?yàn)闃悠凡粔颍?,不過我們可以借助額外的測(cè)序工作加以彌補(bǔ)??墒菍?duì)于單細(xì)胞基因組測(cè)序,再輔以其它測(cè)序似乎意義不太大。宏基因組學(xué)技術(shù)也不需要像單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力,也不需要進(jìn)行細(xì)胞分選,而且還能提供更多的信息。因?yàn)楹昊蚪M學(xué)技術(shù)獲得的是整體的信息?,F(xiàn)在在基因組測(cè)序工作中使用的算法大部分都是株系特異性的,很有可能會(huì)測(cè)出多態(tài)性堿基。另外,如果被測(cè)細(xì)胞里存在基因插入或者缺失的情況,那么有一部分測(cè)序結(jié)果可能就只能與參考序列部分吻合了。如果科研人員對(duì)整體代謝能力、整體結(jié)構(gòu)、整體多樣性或者進(jìn)化動(dòng)力學(xué)等問題感興趣,這些信息就對(duì)他們會(huì)非常有幫助。另外一方面,單細(xì)胞基因組測(cè)序技術(shù)也能夠提供宏基因組學(xué)技術(shù)無法獲得的信息,比如基因變異連鎖信息等。

    由于單細(xì)胞基因組測(cè)序技術(shù)和宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)都獲得了廣泛的關(guān)注與認(rèn)可,所以我們希望廣大的科研人員能夠使用定義非常明確的術(shù)語來描述基因組的完整性,以便于大家對(duì)這兩種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行更客觀、更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。比如只有在經(jīng)過仔細(xì)的檢驗(yàn)之后,確認(rèn)獲得了一個(gè)完整的、連續(xù)的、沒有錯(cuò)誤或缺口的序列時(shí),我們才可以稱這條序列是一個(gè)完整的基因組序列。如果因?yàn)榇嬖谥貜?fù)序列,或者其它原因?qū)е禄蚪M組裝出現(xiàn)困難,得到了多條、而不是一條“基因組”序列,那么此時(shí)只能說得到了部分完整的基因組序列。根據(jù)Chain等人的工作,我們可以認(rèn)為這種有多條序列的基因組序列是一個(gè)基因組草圖。此時(shí)我們可以根據(jù)單拷貝基因名錄來衡量該序列的完整性。由于單拷貝基因通常在整個(gè)基因組基因中所占的比例還不到10%,而且在基因組中的分布并不均勻,所以根據(jù)單拷貝基因也只能大概估計(jì)序列的完整程度。

    因此還需要更強(qiáng)大的基因組草圖完整性評(píng)估手段。使用在整個(gè)基因組中并非成簇存在的標(biāo)志物基因也許是一個(gè)不錯(cuò)的辦法。改進(jìn)取樣技術(shù),獲得更多不能培養(yǎng)的微生物的基因組樣本,從中發(fā)現(xiàn)更多、更普遍存在的基因也會(huì)有所幫助。這些信息能夠幫助科學(xué)家們從已知序列中發(fā)現(xiàn)更多的單拷貝基因。

    隨著測(cè)序技術(shù)不斷發(fā)展,測(cè)序的速度、精度、信息豐富程度都有了大幅度的提升,高通量的宏基因組學(xué)技術(shù)也逐漸具備了給要求更快、更準(zhǔn)確、特異性更高的整個(gè)測(cè)序診斷領(lǐng)域帶來***性改變的能力。比如如果發(fā)展到了個(gè)體微生物組時(shí)代,我們就可以快速地對(duì)病原體群耐藥基因進(jìn)行測(cè)序和篩選,然后根據(jù)這些結(jié)果給出最合適的抗生素。根據(jù)宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)還可以選擇性地**目標(biāo)微生物群,治療肥胖癥或慢性腹瀉等疾病。更重要的是,如果掌握了生命之樹中很多之前還沒有被發(fā)現(xiàn)的基因組信息,將極大地豐富我們對(duì)生命和進(jìn)化歷程的認(rèn)識(shí)和了解。


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