高通量技术在肠道微生物ppt课件

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1、高通量技术在肠道微生物宏基因组学研究中的应用诺贝尔奖获得者JoshuaLederberg认为，人是一种由自身细胞和肠道菌群组成的"超级生物体"。人体肠道菌群编码的基因组可被视为“人的第2基因组”，它们参与人体的营养、代谢和免疫过程，是影响人体健康最重要的因素之一。由此对肠道微生物宏基因组学的研究成为当今的热点。高通量测序技术具有诸多优越性，使研究者不仅能够深入分析肠道菌群结构和多样性，还能结合其它“组学”技术进一步了解肠道微生物的基因功能和代谢途径。概述人体肠道为微生物提供了良好的栖息环境，共生微生物多

2、达1000多种，成人肠道内微生物的数量大约是1012~1014个，不仅远远大于体表其它微生物的数量，而且是人体自身细胞数的10倍。从基因层面上看，人体自身的基因组大约携带了2.5万个基因，而人体肠道微生物编码的基因总数约是人自身基因总数的150倍,人的基因组与人体肠道微生物宏基因组相互协调，和谐一致，共同作用于人体的免疫、营养和代谢过程.概述保证了人体的健康很多研究表明肠道菌群与宿主的健康状况息息相关，肠道菌群影响宿主的代谢显型，营养物质的产生和吸收以及调整和改善宿主的免疫系统。人的健康状况发生变化，肠

3、道微生物的组成结构就会发生变化；肠道微生物的组成变化同样也会导致人体的健康状况的改变。肠道菌群结构的紊乱与各种疾病，特别是饮食不当导致的肥胖、糖尿病、冠心病、结肠癌等的发生具有密切的关系。此外，不同的人具有不同的肠道菌群结构，饮食、药物以及环境因素也影响人体肠道菌群的组成。由此，肠道菌群结构可以精确反映人体的健康状况。随着高通量测序技术的发展，科学家们对肠道微生物宏基因组进行全面地测序分析，并对肠道微生物的生理功能进行深入解析，这为以肠道菌群为靶点，通过改变膳食结构和营养摄入来预防和治疗各类慢性疾病带来

4、了全新的思路和方法。本文结合最新研究成果，重点介绍高通量测序技术在肠道微生物宏基因组学研究中的优越性，并讨论今后的研究重点1987年，以双脱氧核苷酸末端终止法（Sanger法）为代表的第1代测序技术诞生[13]，Sanger法以其高准确度（99.999%）以及较长的读长（1000bp）在人类基因组计划（Humangenomeprogram，HGP）中发挥了巨大作用。然而制约于成本高，通量低以及测序速度慢的缺点Sanger法已不能满足于宏基因组测序分析。随后，高通量测序技术登上基因组学研究的舞台。高通量测

5、序技术特点及用于宏基因研究优越性高通量测序技术是目前基因组学研究中应用最广泛的测序技术，它有效避免了Sanger法繁琐的克隆过程，具有通量高，速度快，成本低等优点。目前，主流的高通量测序技术主要包括454公司的GSFLX测序平台、Illumina公司的Hiseq和Miseq测序平台以及LifeTechnologies公司的IontorrentPGM和Ionproton测序平台，3大公司测序平台的比较结果如表1所示。高通量测序技术特点及用于宏基因研究优越性以往人们对肠道微生物的研究主要依赖于传统微生物分离

6、纯培养技术，然而实验室复原微生物区系时，对厌氧微生物获得的信息量是有限的；研究者在肠道微生物群落多样性研究中，主要采用荧光原位杂交、末端限制性片段长度多态性技术、变性梯度凝胶电泳以及生物芯片等分子生物学方法，然而这些方法都存在一定的缺陷。例如，变性梯度凝胶电泳只能检测到肠道中优势菌，对痕量微生物却束手无策，灵敏度较低；荧光原位杂交技术必须依赖寡核苷酸探针的特异性，只能检出已知菌而不能用于鉴定未知微生物；生物芯片则通过固定在芯片上的探针来获得微生物多样性的信息，“只能验证已知，却无法探索未知”，并且在判断

7、微生物的丰度方面也存在缺陷。高通量测序技术以其数据量大，成本低，速度快的特点，使肠道微生物宏基因组学研究产生了质的飞跃，它能够更加准确、深入地分析肠道微生物生态系统的微生物结构组成、基因功能、代谢途径以及膳食和营养对肠道微生物的影响作用。早期，细菌的16SrRNA被称为“分子钟”，这归功于它的通用性、细胞活性、高度保守的核苷酸序列结构以及长度适中易于快速测序的特点，这些使16SrRNA成为细菌分类学上的“金标准”。另外，根据进化速率的不同，16SrRNA中包含8个高度保守的核苷酸区域和9个高度可变区。根

8、据这些区域的比对差异可以反映物种不同的进化关系，一般两条16SrRNA基因差异小于1%的认为是同一个种，小于5%的认为是同一个属，小于10%的认为是同一个科；此外，研究者还可以根据序列差异（根据研究需要划分阈值一般为1%，3%，5%）将16SrRNA聚类成分类操作（Operationaltaxonomicunit，OTU），利用OTU的数目、各个OTU的序列数来分析估计物种多样性和丰度。高通量测序技术在肠道微生物宏基因组学中的应用技术基于1