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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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