微生物

微生物泛指个体无法用肉眼观察的微小生物，一般需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到。

研究策略

单菌研究：传统的微生物学侧重于将个体物种作为孤立的单元进行研究，分离培养，单个击破。
群落研究：由于微生物群落与环境的复杂性，实验条件下难以模拟和重现原始环境，大部分微生物无法分离进行纯培养，这时可以直接将群落内所有微生物作为研究对象。

宏基因组

宏基因组 ( Metagenome)（也称环境基因组, 元基因组，群落基因组等），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。

宏基因组学(或元基因组学，metagenomics)，是应用基因组学的策略和技术，直接研究自然生态下群落中微生物的组学。即以非培养的分子生物学技术和方法，对宏基因组进行研究，分析微生物在环境中的基因组集合、研究其群落结构和生态功能。主要特点是微生物生存方式的原生态、技术上的混合测序以及基因组序列的获得。

人类微生物组计划HMP

第一阶段HMP1：2008 ~ 2013主要以健康人群几个不同身体部位（鼻腔、口腔、皮肤、胃肠道和泌尿生殖道）发现的微生物群落为研究对象。
第二阶段HMP2：2014~2019 ，研究微生物群如何影响人类健康和疾病；主要包括三个计划：怀孕和早产、炎症性肠病、二型糖尿病。

地球微生物组计划EMP

• 研究全球的微生物群落
• 建立了微生物数据框架
• 建立了环境微生物基因序列参考数据库

研究方法

• 扩增子测序
  扩增子测序利用基因组中的某些特定区段进行研究，如细菌的 16S rRNA 基因、真菌的 ITS 区 、真核生物18S rRNA基因

• 宏基因组测序
  将提取的微生物基因组 DNA 打断成随机片段分别进行测序

  
  

扩增子测序-16S rDNA

16S rDNA广泛存在于原核生物中， 为编码核糖体上1 6 SrRNA亚基的基因，由于执行着重要功能，在碱基组成、核酸序列及高级结构具有高度保守性，可以用来反映微生物间亲缘关系。16S 上也存在着高度可变区v1-v9,具有种属水平的特异性，可以作为生物物种的特征核酸序列。

扩增子测序分析流程

• OTU：Operational taxonomic unit， 操作分类单元
• ASV ：Amplicon sequence variants，扩增序列变异
• 基于与数据库比对得到物种组成和丰度信息
• 基于数据库中已有物种的功能信息，推断功能组成

宏基因组测序

测序目标为群落里所有的DNA

• 物种组成和多样性
• 基因组和基因
• 功能和通路

扩增子vs宏基因组

• 16S偏向于物种组成和多样性研究，测序量少，建库测序成本低，有成熟分析流程，适合大样本研究。

• 宏基因组在物种组成和多样性研究的基础上，由于可以组装出微生物基因组，可以进行群落基因和功能的研究。

• 另外对于共生类型样品，如果无法提供宿主序列，不建议进行宏基因组测序。

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