近年來，微生物組的作用機(jī)制已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。國家自然基金委員會對微生物組領(lǐng)域相關(guān)研究也開始大力扶持，與 2010～2015 年相比，2016～2021 年的國自然微生物領(lǐng)域立項(xiàng)數(shù)量增長近?300%，資助金額也顯著增加。

雖然我國微生物菌種資源豐富，相應(yīng)資助也不斷提高，但在核心菌株、關(guān)鍵技術(shù)方面依然相對落后。作為生物學(xué)家研究的熱點(diǎn)，對其基因組進(jìn)行高分辨率、精準(zhǔn)解析，一直是科研人員共同的追求。目前，微生物測序的主流的方法 16 S 擴(kuò)增子測序以及微生物基因組測序（宏基因組）也存在一些弊端：

不能用于病毒基因組測序；

參考序列數(shù)據(jù)庫不完整；

對樣本 DNA 的質(zhì)量要求高；

不能在單個細(xì)菌水平分析基因組信息。

因此很大程度上限制了對來自同一群落的單個細(xì)菌分辨率的基因組的分析，從而限制了對微生物組及其基因組的組成和結(jié)構(gòu)的了解。因此發(fā)現(xiàn)未培養(yǎng)的潛在菌株，并在菌株水平對其功能機(jī)制進(jìn)一步探究對我國微生物行業(yè)的進(jìn)步來說尤為重要。

今年?6 月，兩位中國學(xué)者作為共同一作在 Science 上聯(lián)合發(fā)文，介紹微生物研究方法的重大突破性技術(shù)——MobiMicrobe，打破了這一窘境，給國內(nèi)微生物研究帶來更多機(jī)會。

圖源：Science

MobiMicrobe 技術(shù)的出現(xiàn)解決了主流微生物測序方法 16 S 擴(kuò)增子測序無法用于病毒基因組測序以及參考序列數(shù)據(jù)庫不完整的弊端，將在傳統(tǒng)測序方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步推動微生物領(lǐng)域?qū)ξ粗甑拈_發(fā)，并在菌株的水平上精確分析其具體作用機(jī)制。

因此它的出現(xiàn)在微生物領(lǐng)域引起巨大的轟動，該技術(shù)或?qū)⒊蔀槲⑸镱I(lǐng)域 20 年內(nèi)最令人振奮的新技術(shù)。本文將重點(diǎn)介紹這項(xiàng)國人研發(fā)的新技術(shù)究竟為何如此重要？它的原理以及未來應(yīng)用方向都有哪些？

無需提前培養(yǎng)細(xì)菌即可解析

成千上萬的微生物單個基因組信息

MobiMicrobe 通過集成多種液滴微流控技術(shù)和定制化的分析手段，在無需提前培養(yǎng)細(xì)菌的情況下解析成千上萬的微生物的單個基因組信息。

技術(shù)原理：

1. 將微生物與裂解試劑包裹進(jìn)液滴中；

2. 微生物裂解釋放 DNA；

3. 在液滴中增加擴(kuò)增試劑，進(jìn)行單一微生物基因組擴(kuò)增；

4. 對擴(kuò)增的 DNA 進(jìn)行片段化處理，并拼接接頭序列；

5. 在液滴中加入 PCR 試劑和帶有 DNA 條形碼的微球，進(jìn)行 PCR 以標(biāo)記基因組片段；

6. 打破液滴，收集帶有條形碼的 DNA 片段。

圖 1：實(shí)驗(yàn)原理

單個樣品中獲得多種

不同物種及物種中不同菌株的基因組

生信原理：

1. 通過提取并比對各單細(xì)胞的基因組標(biāo)志性信息（genomic signature），將樣品中來自同一物種的單細(xì)胞微生物識別出來，然后合并在一起來組裝出物種水平的參考基因組；

2. 進(jìn)一步將單個微生物的基因組和參考基因組對比，識別來自于不同菌株的單細(xì)胞微生物并進(jìn)行基因組組裝。

圖 2：生信分析原理

MobiMicrobe 技術(shù)

相較于傳統(tǒng)技術(shù)具有壓倒性優(yōu)勢

研究人員將 MobiMicrobe 技術(shù)應(yīng)用于人體腸道群落樣本，并用配套開發(fā)的生信流程進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，MobiMicrobe 技術(shù)優(yōu)勢明顯：

1. 權(quán)威性：可獲得媲美「金標(biāo)準(zhǔn)」水準(zhǔn)的可靠基因組；

2. 全面性：可精確解析菌株水平基因組，同時發(fā)現(xiàn)未培養(yǎng)的全新菌株；

3. 精準(zhǔn)性：可在菌株水平分析水平基因轉(zhuǎn)移事件，HGT、宿主-噬菌體關(guān)聯(lián)、功能基因和代謝通路進(jìn)行深入研究。

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