由加州大學(xué)圣地亞哥分校（UC San Diego）的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了名為Greengenes2的參考數(shù)據(jù)庫(kù)，這一突破性進(jìn)展將使得16S核糖體RNA基因擴(kuò)增（16S）和Shotgun宏基因組測(cè)序技術(shù)的微生物組數(shù)據(jù)相互比較和結(jié)合成為可能。

UC圣地亞哥分校的兒科學(xué)、生物工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授羅布·奈特（Rob Knight）博士表示：“這對(duì)微生物組研究來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的時(shí)刻，因?yàn)槲覀冇行У赝炀攘?0多年的16S數(shù)據(jù)，否則這些數(shù)據(jù)可能在現(xiàn)代的Shotgun測(cè)序技術(shù)下變得過(guò)時(shí)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化這兩種方法的結(jié)果，我們顯著提高了發(fā)現(xiàn)與健康和疾病相關(guān)的微生物組生物標(biāo)志物的機(jī)會(huì)?！蹦翁厥沁@個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)的高級(jí)作者，他們?cè)凇蹲匀簧锛夹g(shù)》雜志上發(fā)表了題為《Greengenes2 unifies microbial data in a single reference tree》的論文，正式介紹了Greengenes2這一重要成果。

微生物組研究依賴(lài)于科學(xué)家確定樣本中存在哪些微生物。為了做到這一點(diǎn)，科學(xué)家需要對(duì)樣本中的基因信息進(jìn)行測(cè)序，并將其與參考數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，以確定哪些序列屬于哪些微生物。16S和Shotgun測(cè)序是微生物組研究中應(yīng)用最廣泛的兩種技術(shù)，但它們經(jīng)常會(huì)得出不同的結(jié)果。研究論文中指出：“使用這些不同方法的研究者通常發(fā)現(xiàn)他們的結(jié)果難以協(xié)調(diào)。這種方法的不標(biāo)準(zhǔn)化限制了微生物組可重復(fù)的生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)…一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是全基因組資源和rRNA資源依賴(lài)于不同的分類(lèi)和進(jìn)化樹(shù)。”

原有的Greengenes數(shù)據(jù)庫(kù)在微生物組領(lǐng)域廣泛使用了十多年。它是眾多重要項(xiàng)目的參考數(shù)據(jù)庫(kù)，包括美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院人類(lèi)微生物組計(jì)劃、美國(guó)腸道微生物項(xiàng)目、地球微生物組計(jì)劃等。

然而，該數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)根本局限在于它依賴(lài)于單一基因（16S基因）的序列來(lái)鑒定樣本中的微生物。雖然這種經(jīng)過(guò)充分研究的基因一直被用作分類(lèi)標(biāo)記，但它不能總是確定特定的微生物種類(lèi)或菌株，這對(duì)于臨床工作非常重要?，F(xiàn)代微生物組研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用Shotgun測(cè)序，該技術(shù)檢測(cè)來(lái)自微生物基因組各個(gè)區(qū)域的DNA，而不僅僅是關(guān)注一個(gè)基因。這種強(qiáng)大的方法為研究者提供了更高的物種水平特異性，并且提供了有關(guān)微生物功能的見(jiàn)解。

研究團(tuán)隊(duì)擴(kuò)展了Web of Life整個(gè)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，并開(kāi)發(fā)了幾種新的計(jì)算工具，將高質(zhì)量的16S序列整合到整個(gè)基因組進(jìn)化樹(shù)中，從而創(chuàng)建了Greengenes2。通過(guò)Mirarab博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)工具，他們將來(lái)自300,000多個(gè)微生物組樣本的16S片段放入該數(shù)據(jù)庫(kù)。最終，他們得到了一個(gè)廣泛的參考數(shù)據(jù)庫(kù)，可用于將16S和Shotgun測(cè)序數(shù)據(jù)映射到其中。

為了驗(yàn)證Greengenes2是否有助于標(biāo)準(zhǔn)化兩種測(cè)序技術(shù)的結(jié)果，研究人員獲取了來(lái)自同一人類(lèi)微生物組樣本的16S和Shotgun測(cè)序數(shù)據(jù)，并將其與Greengenes2的進(jìn)化樹(shù)進(jìn)行了分析。兩種技術(shù)的結(jié)果顯示高度相關(guān)的多樣性評(píng)估、分類(lèi)信息和效應(yīng)大小，這是研究人員之前未曾見(jiàn)過(guò)的。研究團(tuán)隊(duì)表示：“通過(guò)將序列插入到整個(gè)基因組進(jìn)化樹(shù)中，我們展示了當(dāng)使用相同的樹(shù)進(jìn)行分析時(shí)，從相同樣本產(chǎn)生的16S rRNA和Shotgun宏基因組數(shù)據(jù)在主坐標(biāo)空間、分類(lèi)學(xué)和表型效應(yīng)大小上是一致的?！?/p>

Greengenes2的開(kāi)發(fā)有望使得大量16S數(shù)據(jù)得以重新應(yīng)用，并允許將其與現(xiàn)代Shotgun數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行新的元分析。通過(guò)使用這個(gè)一致的分類(lèi)資源，不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的微生物組研究的可重復(fù)性得到了顯著提高，有助于研究人員在不同人群中可靠地回收大或小效應(yīng)的變量。

這項(xiàng)突破性成果為微生物組學(xué)研究帶來(lái)了新的時(shí)代，將為我們更好地理解微生物組在健康和疾病中的作用提供更可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)，它也為臨床醫(yī)學(xué)在基于微生物組數(shù)據(jù)做出診斷和治療決策方面提供了更強(qiáng)有力的支持。這個(gè)由國(guó)際科學(xué)家合作的項(xiàng)目的成功標(biāo)志著微生物組學(xué)領(lǐng)域的重要進(jìn)展，為未來(lái)的微生物組研究開(kāi)辟了新的可能性。

編輯：王洪

排版：李麗