Nature重磅！PacBio三代測序技術又一重大應用

　　近期，《Nature Biotechnology》上在線發表了一篇由西奈山伊坎醫學院，生物信息學公司Sema4，紐約大學和佛羅里達大學的科學家們聯合開展的研究結果。在這項新工作中，科學家使用PacBio長讀長單分子實時測序技術(SMRT 測序技術)和新型算法進行微生物組菌株鑒定，提出不同種的微生物中廣泛存在自己獨特的DNA甲基化修飾模式，能被看成是一個天然的“條形碼”，結合表觀遺傳標簽和堿基序列信息獲得更高分辨率的微生物組菌種分型。

　　微生物在我們的生活中無所不在，從鍵盤和手機的表面到我們身上和體內，例如我們的口腔或腸道，都可以找到它們。越來越多的研究表明，微生物的異常已經極大程度的影響了我們的健康情況，涉及包括傳染病，癌癥和諸如克羅恩病，潰瘍性結腸炎和糖尿病等復雜疾病。高分辨率鑒定微生物組中的菌株類別，確定群落是否處于異常狀態，就顯得至關重要。

　　目前大多數微生物組菌種分型的技術如16S rRNA 測序或短讀長測序技術提供的分辨率往往不足。一個微生物物種可能只會被歸類為更廣泛的遺傳家族的一部分，而不是作為單獨的遺傳物種被識別出來。PacBio長讀長單分子測序技術，其在獲取超長讀長同時，可利用測序過程聚合酶反應的動力學變化直接檢測堿基修飾。其原理在于，聚合酶每合成一個堿基，都有一個時間段，而當模板堿基帶有修飾時，就像行車過程中遇到路障聚合酶會慢下來，使帶有修飾的堿基兩個相鄰的脈沖峰之間的距離和參考序列的距離之間的比值結果即IPD值大于1，由此就可以推斷這個位置有修飾。

　　本文巧妙利用SMRT技術產生的表觀遺傳標簽和序列信息進行微生物組分型。該方法分型更精確，可以糾正和補充傳統技術限制所產生的菌株鑒定中的錯誤和不完全結果。更重要的是，該方法提供了將移動基因元件與其細菌宿主相連接的新方法，使科學家能夠更準確地預測單獨某個細菌菌種和菌株的毒力，抗生素抗性以及其他與生物醫學相關的重要性狀，具有潛在的臨床應用價值。

　　西奈山遺傳學和基因組學研究助理教授，本文通訊作者Gang Fang博士說 “生物醫學界長期以來一直需要能夠以高分辨率解決個別物種和品系的微生物組分析方法。我們發現，DNA甲基化模式可以被利用作為高度信息化的天然條形碼，以幫助區分微生物物種，幫助將移動遺傳元件與其宿主基因組相關聯，并實現更精確的微生物組分析。”

　　在使用人工合成和真實的微生物樣品的試點項目中，科學家們能夠區分甚至是遺傳特征特別近似的菌種。他們通過使用甲基化圖譜連接相關的DNA序列數據，提供了關于單個生物體更全面的信息。該小組在中低復雜度的微生物群落中驗證了該方法，目前正在開發更先進的技術來有效地解決環境微生物群體等高度復雜的微生物群落問題。

　　“這個項目展現了分析多種類型數據的復雜性和能力，并且產生了之前所使用的簡單方法所無法實現的研究結果。”本篇文章共同作者，Sema4公司首席執行官，西奈山精準醫學院院長Eric Schadt 博士說。“生物學是復雜的，如果我們希望最終將這些信息用于臨床，我們的分析必須準確地反映這種復雜性。”