元基因组学（metagenomics）几个研究热点

简介

       元基因组（metagenome），或者翻译成宏基因组，就是直接通过高通量测序手段测取一个微生物的生态环境（比如人的肠道、口腔；海水、土壤等）内部的DNA序列，以此为基础研究这个生态环境的物种多样性以及功能。

       微生物生态环境是一些细菌、病毒甚至真核生物的全体，但是培养和提取一个物种进行测序是很困难的，而且测多个物种代价巨大。区别于基因组测序之处在于，metagenome不需要培养单个的物种，而是基于一个假定--这些物种是作为一个整体协同作用的，直接测取这个环境所有的DNA （尽管较少丰度的物种可能会被漏掉；”所有“是相对的，只能是一个采样的子集）。 通过元基因组，花费较少的代价，很多微生物生态环境得到更深刻的理解，大量的新基因（百万量级）、新物种被发现。研究微生物种群的结构和功能对环境、健康都有重要意义。比如肥胖症的人的肠道物种分布以及功能和正常人会有显著的差异，可以有不同的细菌、病毒、代谢功能。控制肠道的生态环境，可能会为破解肥胖病提供一个方案。

      一篇很好的综述，涵盖了metagenomics的各个方面：

Wooley JC, Godzik A, Friedberg I (2010) A Primer on Metagenomics. PLoS Comput Biol 6(2): e1000667.

几个研究热点

1. Global Ocean survey (GOS)

       研究海洋功能以及物种多样性的一个项目，起步于2003年左右，已经有～80个样本，遍及北美、印度洋、加勒比海等海洋，更多的数据在进行中。

      项目网站http://www.jcvi.org/cms/research/projects/gos/

      数据可在http://camera.calit2.net/ 下载。

      主要论文：

Yooseph S, Sutton G, Rusch DB, Halpern AL, Williamson SJ, et al. (2007) The Sorcerer II Global Ocean Sampling Expedition: Expanding the Universe of Protein Families. PLoS Biol 5(3): e16.

P. V. Patel, T. A. Gianoulis, R. D. Bjornson, K. Y. Yip, D. M. Engelman, and M. B. Gerstein. Analysis of membrane proteins in metagenomics: networks of correlated environmental features and protein families. Genome Res, 20:960{71, 2010 Jul.   http://genome.cshlp.org/content/20/7/960.full

本文所用数据下载： http://metagenomics.gersteinlab.org/membrane/

Gianoulis TA, Raes J, Patel PV, Bjornson R, Korbel JO, Letunic I, Yamada T Paccanaro A, Jensen LJ, Snyder M, Bork P, Gerstein MB. Quantifying environmental adaptation of metabolic pathways in metagenomics.
Proc Natl Acad Sci 2009, 106: 1374-9.

本文数据下载：http://networks.gersteinlab.org/metagenomics

2.Human Microbiome Project (HMP)

       人体细胞90%不是人自己的细胞，而是微生物的。 因此可以说人体有两套基因组，一个自己的，一个是微生物的，两套都是重要的。HMP发布于2008年，目的是测取人体各个部位微生物群落的元基因组序列，从而加深对人体微生物种群结构、人-微生物交互作用、人体微生物功能差异、微生物和疾病等问题的理解， 解决人类基因组计划破解不了的难题。

      项目介绍：http://genome.cshlp.org/content/early/2009/11/02/gr.096651.109

                       http://www.nature.com/nature/journal/v449/n7164/full/nature06244.html

      主要论文：124个欧洲人的肠道元基因组，包括病人（肠道疾病）和正常人，论文和数据发表于2010年。

http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7285/full/nature08821.html

      数据下载：http://gutmeta.genomics.org.cn/

3. Earth Microbiome Project

       一个野心勃勃多国参与的项目 http://www.earthmicrobiome.org/ , 将要测取200，000个地球微生物群落的样本，重构500,000个微生物基因组。目前还在起步状态中。

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