宏基因组技术及其在海洋微生物研究中的应用

基于宏基因组比较分析石斑鱼育苗两种模式水体中的菌群多样性和分布特点

孙敏秋;林克冰;葛辉;黄种持;郑乐云;周宸

【摘 要】为比较分析石斑鱼育苗新旧模式水体中菌群的分布差异性,研究应用高通量测序技术测定六批次（A1、A2、B1、B2、C1和C2）水样的菌群16S r DNA

V4变异区序列,并使用Qiime和Mothur等软件整理和统计样品序列数目和操作分类单元（OTUs）数量,分析物种的丰度、分布和Alpha多样性以及物种丰度的差异性。结果显示,获得用于分析的序列和OTU数为667 27/3 724（A1）、66

418/3 391（A2）、87 403/3 980（B1）、57 519/3 438（B2）、62 349/3

530（C1）和66 673/3 004（C2）;稀疏曲线表明测序深度充分,OTU的数量接近实际情况。A1、A2、B1、B2、C1和C2六个样品的丰富度指数分别为6

535.21/8 872.16、6 583.85/8 855.40、8 062.60/10 640.49、6 878.85/9

352.25、6 859.85/9 295.45和5 291.87/6 868.28,多样性指数分别为0.05/4.72、0.04/4.77、0.04/4.69、0.04/4.74、0.05/4.45和0.08/4.06。传统模式育苗场暴发石斑鱼病毒性神经坏死病的同一时期,对两种模式育苗水体中的菌群在门、属水平分别进行单样品物种丰度、多样品物种分布和物种丰度差异性分析。在门水平,两种育苗模式育苗水体的优势菌群分布相似,但在属水平,传统模式育苗水体的优势菌群中易致病菌假单胞菌属含量显著高于新模式育苗水体。获得了暴发病毒性神经坏死病前后,石斑鱼育苗新旧两种模式共6批次育苗水样的细菌均匀度、丰富度和菌群结构,推测石斑鱼＂生态优化及病害防控人工育苗创新模式＂可能有利于抑制致病菌,富集益生菌。

宏基因二代测序技术在感染性疾病患者病原微生物鉴定中的临床应用

感染性疾病是临床常见的病症，及时准确地鉴定感染源对于制定合理的治疗方案和预防传播至关重要。传统的微生物学方法在病原微生物的鉴定上存在一些局限性，例如需要耗时较长、对于非培养微生物无法检测等问题。宏基因二代测序技术的出现为感染性疾病患者病原微生物鉴定带来了更多可能性。本文将介绍宏基因二代测序技术在感染性疾病患者病原微生物鉴定中的临床应用。

首先，宏基因二代测序技术具有快速高通量的特点，能够在较短的时间内获得大量的DNA序列信息。这项技术不受细菌的培养与生长的限制，可以直接对样本中的DNA进行测序，大大缩短了传统方法中需要培养细菌的时间。这对于急性感染病例的诊断与治疗具有重要意义，能够在更短的时间内获得鉴定结果，为医生提供更及时的决策依据。

其次，宏基因二代测序技术能够对多样本进行高通量测序，从而获得更加全面的病原微生物信息。在传统微生物学方法中，通常只能根据症状和临床表现选择少数几种可能的病原微生物进行检测。而宏基因测序技术不仅可以对病原微生物进行全面的筛查，还能够鉴定出潜在的未知病原微生物。这有助于更全面地了解感染源，为临床提供更准确的治疗建议。

第三，基因序列分析技术还能够对病原微生物进行定量分析，为感染疾病患者的治疗和预后提供帮助。通过宏基因测序技术，可以分析病原微生物的相对数量和进化情况，进而了解感染的程度以及微生物的耐药性情况等。这有助于医生选择合适的抗生素治疗方案，并及时调整治疗以提高疗效。

此外，宏基因二代测序技术还可以用于病原微生物的全基因组测序，从而深入了解病原微生物的遗传特征和致病机理。这将有助于对病原微生物的进化和抗药性的研究，为新的抗菌药物的开发提供技术支持，并为感染性疾病的防控提供更多可能性。

然而，目前宏基因二代测序技术在临床应用中还存在一些挑战。首先，技术门槛较高，需要专业的实验室和设备支持，以及有经验的技术人员进行数据分析和解读；其次，数据分析和解读也面临一定的困难，如大规模数据处理、数据的准确性和结果的可靠性等；此外，宏基因测序技术的成本较高，需要进一步降低检测费用才能在临床中广泛应用。

高通量测序技术在宏基因组学中的应用

196 中国医药生物技术 2019年6月第8卷第3期 Chin Med Biotechnol, June 2019,

Vol. 8, No. 3 DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2019.03.008

·综述·

高通量测序技术在宏基因组学中的应用

刘莉扬，崔鸿飞，田埂

随着生命科学及研究技术的不断发展，人们对生命现象的了解更加深入。微生物因为其在工业、农业、医疗卫生、环境保护等各方面的重要地位，被越来越多的研究者关注。自然状态下，微生物几乎无处不在，无论是在自然环境如土壤、海洋甚至一些极端环境（如酸矿水）中，还是在人类和动物的皮肤、口腔、肠道中，微生物都与它们所在的环境相伴相生。除生存环境极为广泛以外，微生物的数量还极为庞大，以人类为例，人类的基因总数只占人类身上微生物基因总数的 1% 左右[1]

。这些微生物是环境能量、物质代谢的重要中间环节和组成部分，它们有些可以代谢生成周围其他生物所必需的底物，而有些则会代谢生成毒性物质，导致环境污染，或者宿主的疾病。因此，对微生物的研究显得极为重要。

微生物的传统研究方法主要是依赖将微生物进行培养和分离（culture-dependent）。然而，到目前为止，绝大多数微生物（99% 以上）不能依靠这样的方式获得，这极大地限制了人们对微生物的研究。随着测序技术和数据处理分析能力的飞速发展，以及人们对微生物之间相互依存的共生互利和平衡关系的深入认识，一种可以对环境中所有微生物进行研究而不依赖培养的新方向——宏基因组学应运而生。

1 宏基因组简介

宏基因组（Metagenome），或称为“元基因组”，于 1998 年由 Handelsman 等[2]在一篇研究土壤微生物的文章中首次提出，当时的定义是“微生物群落中的所有基因组的集合”。在此之后，宏基因组的概念渐渐为人们所接受，并涌现了许多针对海洋、土壤、人类肠道等微生物的典型研究工作[3-6]，目前的宏基因组研究主要指对细菌的研究。

第３１卷第３期　２０１４年３月　印染助剂　ＴＥＸＴＩＬＥ　ＡＵＸＩＬＩＡＲＩＥＳ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２０１４　

固定化微生物技市研究进展及其在　

印染废水处理巾的应用　

刘荣荣－．　，石光辉　，吴春笃　

（１．扬州市职业大学，江苏扬州２２５１２７；２．江苏大学，江苏镇江２１２０１３）　

摘　要：介绍了固定化微生物技术的研究进展，讨论了固定化微生物技术在印染废水处理中的应用，其中包埋法操作简单，对　细胞活性影响小，固定化细胞强度高，易于固液分离，是印染废水处理中应用最广泛的固定化方法．要真正实现固定化微生物技术在印　染废水处理中的工业化应用，必须加强以下几个方面的研究工作：优势微生物菌剂的培育、固定化载体的开发与改良、固定化微生物　反应器的构建与优化、固定化微生物技术与其他单元技术的联用等．　关键词：　固定化微生物技术；印染废水处理；应用　中图分类号：ＴＱ６１０．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—０４３９（２Ｏ１４）０３一ｏ００１—０５　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　

ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｙｅｉｎｇ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　

ＬＩＵ　Ｒｏｎｇ．ｒｏｎｇ１ｒ．ＳＨＩ　

（１．Ｙａｎｇｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５１２７，　Ｇｕａｎｇ．ｈｕｉｉ．ｗＵ　Ｃｈｕｎ—ｄｕｌ】　Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ　２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉ—　ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｄｙｅｉｎｇ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　Ｄｕｅ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ．１ｉｔｔｌｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｃｅｌｌ　ｖｉａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈ　ｃｅｌＩ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｏｐｅｒａｔｅ　ｓｏｌｉｄ—ｌｉｑ—　ｕｉｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｗｉｄｅｌｙ　ｉｎ　ｄｙｅｉｎｇ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ　ｗａｓ　ｐｏｉｎｔ＿　ｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｔｒｕｌｙ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｄｙｅｉｎｇ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ：ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＣＵＩｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｍｌ—　ｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ．ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｃａｒｒｉｅｒ，ｔｈｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍ—　ｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｄｙｅｉｎｇ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ