微生物宏基因组测序

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。

扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，二者的共同点和区别全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：扩增子测序和宏基因组测序是生物学领域常用的两种测序技术，它们在研究微生物群落的组成和功能以及环境中的微生物多样性等方面发挥着重要作用。

本文将介绍扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，探讨二者的共同点和区别。

扩增子测序是一种通过扩增子PCR技术进行测序的方法，通过对RNA、DNA或蛋白质进行PCR扩增，然后对扩增子进行高通量测序，从而得到目标序列的测序数据。

扩增子测序能够快速、高效地对微生物的群落结构进行分析，发现不易培养的微生物种群。

宏基因组测序是一种对整个微生物群落的基因组进行测序的方法，通过提取环境样品中的DNA，并进行高通量测序，从而得到整个微生物群落的基因组信息。

宏基因组测序可以揭示微生物群落的种类组成、功能及代谢途径等信息，对于了解微生物多样性和功能具有重要意义。

两者的共同点在于都可以用于研究微生物群落的组成和功能，都是基于高通量测序技术进行的，能够快速、高效地获取大量的序列数据。

扩增子测序和宏基因组测序都可以帮助研究人员深入了解微生物在不同环境中的分布情况和功能表现。

扩增子测序和宏基因组测序也有一些明显的区别。

在目标样本的选择上，扩增子测序更侧重于对某一或者少数微生物种群进行深入研究，而宏基因组测序则更适用于覆盖整个微生物群落。

扩增子测序更侧重于对特定基因或者序列进行研究，而宏基因组测序则能够揭示微生物群落中所有的基因组信息。

扩增子测序和宏基因组测序在数据处理和分析方面也存在一些差异。

扩增子测序的数据处理主要包括序列质量控制、OTU（操作分类单元）聚类、物种多样性分析等，而宏基因组测序的数据处理则更侧重于基因组组装、基因预测、功能注释等方面。

第二篇示例：扩增子测序和宏基因组测序是当前生物领域内常用的两种测序技术，它们在微生物研究、环境生态学等领域有着重要的应用。

在本文中，我们将介绍扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，探讨二者的共同点和区别。

宏基因组学及其在微生物生态学中的应用宏基因组学是研究在宏观层次上的生态系统中微生物的遗传信息的学科，主要通过高通量测序技术以及生物信息学的方法来研究微生物的基因组组成和功能。

随着生物科技的不断发展，宏基因组学的应用越来越广泛，尤其在微生物生态学研究中，宏基因组学的应用也越来越受到关注。

一、宏基因组学技术宏基因组学利用的主要技术是高通量测序技术，也称为下一代测序技术。

这种技术的出现大大加快了微生物基因组的测序速度，降低了测序成本，让宏基因组学得到了广泛的应用。

同时，生物信息学方法也是宏基因组学研究的重要手段，包括序列拼接、物种注释和功能分析等。

二、微生物生态系统中宏基因组学的应用微生物与生态系统密不可分，宏基因组学在微生物生态系统中有广泛的应用，既可以用来研究单一微生物，也可以用来研究整个微生物群落。

它可以帮助我们理解微生物的种类、数量以及它们在生态系统中的功能和相互作用关系。

1. 微生物群落结构的研究宏基因组学可以通过对微生物群落的序列分析，帮助我们了解微生物群落的组成结构，从而研究微生物在生态系统中的作用和功能。

比如，通过对皮肤微生物群落的宏基因组学研究，可以发现与某些皮肤疾病相关的细菌数量增加，从而为病因研究提供了新思路。

2. 微生物群落功能的研究除了研究微生物群落的结构，宏基因组学也可以帮助我们研究微生物群落的功能。

比如，可以通过宏基因组学的方法来研究某一生态系统中微生物群落的代谢通路和代谢产物的组成，从而解析在这一生态系统中微生物的生态角色，为生态系统的恢复和调控提供科学依据。

3. 微生物对环境的响应宏基因组学可以帮助我们了解微生物对环境变化的响应机制。

比如，在全球气候变暖的背景下，宏基因组学的方法可以研究微生物对于气候变化的适应性，从而为环境保护和生态调控提供依据。

三、宏基因组学在微生物生态学中的挑战尽管宏基因组学已经成为微生物生态学研究的重要手段之一，但它依然面临着许多挑战。

首先，宏基因组学目前还存在数据分析的难题，包括序列拼接、注释、代谢路径预测等。

宏基因组技术在微生物研究中的应用探索宏基因组技术是指通过高通量测序技术对微生物及其他生物群落中的所有基因组成分进行广泛、快速研究的新兴技术。

与此前的单个基因研究不同，宏基因组技术可以同时研究所有生物体或生态系统中存在的基因组成分，从而揭示出微生物交互、代谢、环境适应以及进化等多个方面的信息，具有重要的应用和推广价值。

宏基因组技术在微生物研究中的应用主要有以下几个方面：1、揭示微生物群落的组成宏基因组技术可以同时分析样品中的RNA或DNA样本，并对其中的基因序列进行深度测序，从而可以揭示出微生物群落中的多样性和物种组成情况。

通过对样品中的所有微生物进行测序之后，可以直接挖掘样品中所有微生物的基因组序列信息，包括细胞代谢、碳循环、光合作用等方面，有利于深入了解微生物群落中物种间相互作用。

2、代谢通路预测宏基因组技术可以利用基因预测算法直接从样品中测序得到的基因序列中预测微生物的代谢通路，并根据多样图片心理学研究策略推测微生物的物种功能等信息。

通过对代谢通路的分析和比较，可以了解微生物的不同生理活动之间的相互作用，阐述微生物群落的动态变化过程。

3、微生物基因组的新发现除了研究已知微生物的基因组数据外，宏基因组技术还可以揭示出新物种及新基因组序列。

对于分离不了的微生物，或在环境样品最初未能检测到的微生物群落，都可以通过一定的数据分析技术发现它们的存在，同时探索可能潜在的代谢通路及其环境适应性。

4、生态环境监测利用宏基因组技术可以探测微生物、细菌、病毒等微生物群落在不同生态系统中的分布情况，可以更好的了解微生物区域性差异性，通过定量测序，可以量化微生物物种在不同生态系统中的存在情况，从而为生态环境监测提供了一个新的手段。

在以上四个方向中，微生物基因组的发现与细菌性别的研究成果，引起了相关学者的兴趣和广泛讨论。

可以说宏基因组技术在现代微生物研究中的作用越来越重要。

宏基因组技术的应用不仅有利于探究微生物的进化、演化、环境适应性等基础科学问题，同时也对新药开发、生态环境监测、食品工业及农业生产等领域有着重要应用和推广价值，是一项充满前途和活力的生物技术。

微生物组的定量宏基因组学和定量宏转录组学方法
定量宏基因组学和定量宏转录组学是对微生物组内大量基因或转录本的同时研究，旨在揭示基因和转录本的数量变化与环境因素之间的关系。

定量宏基因组学通常使用短序列高通量测序技术 (next-generation sequencing, NGS) 对微生物组的基因进行测序，得到大量序列数据。

这些数据可以通过组装和比对来鉴定特定基因并确定它们的数量和变化。

常用的技术包括全基因组定量PCR、荧光原位杂交、荧光式定量PCR等。

另一方面，定量宏转录组学则研究微生物组内基因的表达和调控。

该方法也利用高通量测序技术，通常通过RNA-Seq解析微生物组内转录本的数量变化，并通过基因注释和功能分析来确定不同转录本的生物学意义。

定量宏转录组学技术包括转录本定量PCR、微阵列芯片和RNA-Seq等。

这两种方法可以同时应用于微生物的元基因组分析，从而综合研究微生物组内的基因和转录本数量、表达和变化，对微生物组的生态与代谢的调控机制进行全面了解。

宏基因组测序技术检测方法宏基因组测序技术检测标准简介：宏基因组测序介绍宏基因组学是以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，通过现代基因组技术手段包括功能基因的筛选和测序分析，对环境中微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系以及环境之间的关系进行研究的新的微生物研究方法。

随着高通量测序技术的发展，为宏基因组学研究提供了新的理想研究方法。

高通量测序的方法无需分离环境中各种微生物，也无需构建克隆文库就可以直接对环境中所有微生物进行测序。

可以真实客观的反映环境中微生物的多样性、种群结构、进化关系等。

目前又可以分为针对16sDNA/18sDNA/ITS测序和针对宏基因组全序列的测序研究。

下面就是对这两者的具体介绍。

一、16s DNA/18s DNA/ITS测序16sDNA是最常用的微生物物种分子鉴定的标签，，通过对样品中16sDNA 测序可以鉴定其中微生物物种的丰度和分布情况。

目前，普遍使用Roche 454平台来对环境样品进行16s DNA测序。

因为16s DNA序列比较相似，读长短的话，难以进行有效的比对，而454平台的平均读长在400bp左右，可以很好的避免此类问题。

二、宏基因组全测序在这种测序方式中，我们可以假定一个环境中的所有微生物就是一个整体，然后对其中所有的微生物进行测序。

这样我们就可以研究样品中的功能基因以及其在环境中所起的作用而不用关心其来自哪个微生物。

可以发现新的基因，可以进行基因的预测，甚至有可能得到某个细菌基因组的全序列。

此外，该项测序不单可以针对DNA水平，也可以针对全RNA进行基因表达水平的研究。

样品处理：宏基因组样品收集主要有口腔，下呼吸道痰液，下呼吸道灌洗液，皮肤和粪便。

样品采集遵照样品采集规范（人）所规定的操作来进行。

尽量留足备份样品。

核酸提取：宏基因组核酸提取主要有两种方法：膜过滤法和直接裂解提取。

对于液体样品如痰液，灌洗液两种方法都适用，对于固体样品如粪便宜采用直接裂解的方法。

《高通量宏基因组测序技术检测病原微生物的临床应用
规范化专家共识》要点
1.术语标准化：为了避免混淆和误解，专家共识明确了一些术语的定义，包括“高通量宏基因组测序”、“病原微生物”、“DNA序列中的细菌”等。

这有助于各个实验室在交流和报告结果时使用一致的术语。

2.样本采集和存储：专家共识提供了关于病原微生物检测样本采集和
存储的指导，包括不同类型样本（如血液、尿液、呼吸道标本等）的采集
方法、存储条件和保存时限。

这有助于确保样本的质量和可靠性。

3.样本前处理：在进行高通量宏基因组测序之前，样本需要经过一系
列前处理步骤来减少污染和提取纯净的DNA。

专家共识对样本前处理方法
进行了评估，并提供了一些建议和技巧。

4.数据分析：高通量宏基因组测序技术产生大量的DNA序列数据，而
正确且准确的数据分析是关键。

专家共识探讨了不同的数据分析方法，包
括序列质量控制、去除宿主DNA序列、去除污染序列、序列比对和分类等。

此外，针对不同的病原微生物，还提供了相应的数据分析策略。

5.结果解释和报告：高通量宏基因组测序技术可以提供详细的病原微
生物信息，包括物种鉴定、抗药性基因检测等。

专家共识指导了如何正确
解读和报告这些结果，包括确定阈值、结果解释的限制、结果比对和报告
格式等。

6.质控和规范化：为了确保高通量宏基因组测序技术的可靠性和准确性，质控和规范化非常重要。

专家共识列出了一系列质控措施和规范要求，包括样本质量评估、实验室设施要求、实验人员培训等。

微生物检测之16S与宏基因组测序mNGS微生物检测16S与宏基因组测序mNGS2022年3月1日目录CONTENTS1微生物基本概念2微生物常见检测方法316S测序4宏基因组测序第一节微生物基本概念微生物基本概念微生物（Microbe/micro-organism）微生物(microorganism,microbe)是一些肉眼看不见的微小生物的总称。

包括属于原核类的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体和蓝细菌(过去称蓝藻或蓝绿藻)，属于真核类的真菌(酵母菌和霉菌)、原生动物和显微藻类，以及属于非细胞类的病毒、类病毒和肮病毒等。

种群（Population）种群(population)指同一时间生活在一定自然区域内，同种生物的所有个体共位群（Guild）共位群(guild):在代谢关系上相关的种群群落（Community）微生物群落(community):是指在一定区域里或一定生境里，各种微生物种群相互松散结合，或有组织紧凑结合的种群结构单位。

多组共位群相互.作用形成的群体。

生态系统（Ecosystem）微生物生态系统是各种环境因子如物理、化学及生物因子对微生物区系（及自然群体）的作用，以及微生物区系对外界环境的反作用微生物组与元基因组微生物组（Microbiome）微生物组指的是包括微生物（细菌、古细菌、低等或高等真核生物和病毒）的基因组（基因），以及其周围环境在内的全部元基因组(Metagenome):某个环境中所有微生物的遗传物质。

微生物组学微生物组(Microbiome)的特点是结合了宏基因组学、代谢组学、宏转录组学、以及宏蛋白组学等和临床/环境数据的集合Metabolomics代谢组学用来确定给定菌株或单个组织代谢物特征的分析方法。

给定菌株和单个组织内存在的所有代谢物统称为代谢组（metabolome）。

大多数用来描述代谢组的平台包括核磁共振（NMR）、质谱(MS)与液相色谱(liquidchromatography)联合分离系统Metatranscriptomics宏转录组学通过对微生物群落中的表达的RNAs(meta-RNAs)，采用进行高通量测序分析相应的meta-cDNA。

扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，二者的共同点和区别-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容可以如下编写：1.1 概述扩增子测序和宏基因组测序是现代生物学研究中常用的两种高通量测序技术。

它们都是通过对样本中的DNA进行测序来研究微生物群落的组成和功能。

扩增子测序主要侧重于特定基因片段的扩增和测序。

它利用PCR扩增技术选择性地放大目标基因片段，然后进行高通量测序，从而获得群落中各种微生物的扩增子序列。

这些扩增子序列可以用来研究微生物群落的种类、数量和相对丰度等信息。

宏基因组测序则是对样品中的所有基因组DNA进行测序，从而能够获得群落中各种微生物的完整基因组信息。

宏基因组测序通常使用高通量测序技术，并结合数据分析方法，可以获得微生物群落的功能潜力、代谢途径和基因编组等详细信息。

虽然扩增子测序和宏基因组测序都可以用于研究微生物群落，提供群落结构信息，但它们也有一些区别。

扩增子测序只能检测特定基因片段，而宏基因组测序可以获得完整基因组信息。

这意味着宏基因组测序可以提供更全面和详细的微生物信息，但也需要更高的测序深度和数据处理能力。

综上所述，扩增子测序和宏基因组测序作为两种重要的高通量测序技术，在研究微生物群落中各自发挥着独特的作用，有助于我们更好地理解微生物的多样性、功能和生态等方面的信息。

1.2 文章结构本文将围绕着“扩增子测序和宏基因组测序的基本原理，二者的共同点和区别”展开阐述。

文章共分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们会首先概述扩增子测序和宏基因组测序的基本概念和重要意义，以便读者对这两种测序方法有一个整体的认识。

接着，我们会介绍本文的结构，明确文章的目录和主要内容。

最后，我们会明确本文的目的，即帮助读者全面了解扩增子测序和宏基因组测序的原理、共同点和区别。

在正文部分，我们将详细介绍扩增子测序和宏基因组测序的基本原理。

首先，我们会深入讲解扩增子测序的基本原理，包括PCR扩增和序列测定的过程和方法。

送检mNGS宏基因组二代测序报告情况、标本类型、送检保存要求、标本运输要求、测序情况、内容解释、微生物致病概率分级及解读宏基因组二代测序(mNGS) 是基于核酸检测的微生物鉴定技术其非预设性、高通量等优点而得到广泛应用。

下呼吸道感染主要包括社区获得性肺炎、医院获得性肺炎、免疫抑制宿主肺炎、慢性阻塞性肺疾病急性加重、支气管扩张症合并感染等类型，临床表现多样，感染微生物种类复杂，感染和定植鉴别困难，加之mNGS 技术本身存在的局限性，mNGS 诊断效力的发挥有赖于选择恰当患者、采用适宜标本以及进行合理解读。

需送检mNGS情况(1) 免疫抑制宿主疑似发生LRTI 且临床表现提示非CAP 常见病原微生物所致者；(2) LRTI 患者发病初期即出现需要使用血管活性药物的感染性休克、需要有创机械通气的呼吸衰竭、多脏器功能不全等危及生命的状况时；LRTI 经规范经验性抗感染治疗48—72 h 后，感染症状仍持续加重或影像学快速进展者；(3) 聚集性发病疑似具有传染性、但无法明确病原体的LRTI；有特殊病史且经验性治疗无效，病情较为严重的LRTI；临床考虑特殊病原体(感染且病势迅疾或迁延者，常规培养困难或所在医疗机构无法提供可靠的传统检测方案时；(4) 患者有LRTI 症状或影像表现，经规范抗感染治疗后病灶吸收延迟、病程迁延，需鉴别是否由非感染性疾病所致，可以在常规病原微生物检测、感染生物标志物、病理等相关检查同时送检mNGS 以帮助鉴别诊断。

不建议送检 mNGS情况(1) 免疫功能健全宿主罹患LRTI（包括重症肺炎)，经过规范的经验性抗感染治疗病情已好转；(2) LRTI 已通过其他方法获得病原学结果，与临床特点相符，或针对性治疗有效；(3) 无法获取优质标本。

mNGS 标本类型在LRTI 的病原微生物诊断中，可用于mNGS 检测的标本包括痰(含诱导痰)、气管吸引物、支气管肺泡灌洗液（BALF）、经支气管肺活检（TBLB）标本、经支气管内超声（EBUS）活检标本、经皮肺穿刺活检标本、血液等。

微生物宏基因组
微生物宏基因组是一种基因组学研究方法，用于分析微生物群落中所有微生物的基因组信息。

该技术通常采用高通量测序技术，将微生物群落中的DNA序列进行扫描，然后通过生物信息学分析，得到各个微生物的基因组序列数据。

通过微生物宏基因组技术，可以了解微生物群落中各个微生物的生存环境、生态角色和代谢能力等方面的信息。

该技术对于环境生物学、生态学和医学等领域都有广泛的应用价值。

例如，在环境研究方面，可以通过微生物宏基因组技术了解自然环境中微生物的遗传多样性和生态功能，为环境保护和修复提供依据；在医学研究方面，可以通过微生物宏基因组技术研究微生物的基因组特征，深入探究微生物与宿主机体之间的相互关系，为诊断和治疗提供理论支持。

总之，微生物宏基因组技术不仅为我们了解微生物世界提供了新的工具和方法，也为我们更好地探究微观世界的奥秘提供了帮助。

微生物宏基因组分析方法及其应用微生物宏基因组学是一门研究微生物群落遗传组成和功能的学科。

通过对微生物群落中的宏基因组进行分析，可以了解微生物群落的多样性、功能和生态系统中的相互作用。

本文将介绍微生物宏基因组分析的基本原理和常用的方法，并探讨其在环境科学、人类健康和农业等领域的应用。

微生物宏基因组分析的基本原理是利用高通量测序技术获取微生物群落中的DNA序列，然后通过生物信息学方法对这些序列进行分析。

目前，常用的高通量测序技术包括454测序、Illumina测序和Ion Torrent测序等。

这些技术能够快速、准确地测序出大量的DNA序列，为微生物宏基因组分析提供了强有力的工具。

微生物宏基因组分析的方法主要包括多样性分析和功能注释两个方面。

多样性分析主要用于研究微生物群落的物种组成和多样性。

常用的方法包括Alpha多样性和Beta多样性分析。

Alpha多样性分析可以评估微生物群落内的物种丰富度和均匀度。

常用的指标包括Shannon指数和Simpson指数。

Beta多样性分析可以比较不同微生物群落的相似性和差异性。

常用的方法包括非平衡多样性分析（NMDS）和Adonis分析。

功能注释主要用于研究微生物群落的功能组成和代谢路径。

常用的方法包括参考基因组注释和功能基因组注释。

参考基因组注释是将测序数据与已知的参考基因组比对，从而确定序列的功能和归属。

功能基因组注释是将测序数据与已知的功能基因组数据库比对，从而确定序列的代谢路径和功能特征。

常用的数据库包括KEGG数据库和COG数据库。

微生物宏基因组分析在环境科学中的应用非常广泛。

通过分析环境中的微生物群落，可以了解微生物对环境的响应和适应机制，为环境保护和生态修复提供科学依据。

例如，通过分析土壤中的微生物群落，可以评估土壤质量和健康状况，指导农业生产和土壤管理。

此外，微生物宏基因组分析还可以用于研究水体和大气中的微生物群落，揭示微生物在全球环境变化中的功能作用。

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（Metage nome）（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（Metage nome）（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。

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）。

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