行业动态INDUSTRY DYNAMIC

合集|你所关心的宏病毒组研究都在这里!

来源:admin    发布时间:2020-09-18   阅读数:92

自从a级黄色片宏病毒组业务震撼发布以来,很多老师在a级黄色片的帮助下正在开展病毒组学的新研究。为了给更多的老师解答疑问,在此展示宏病毒组研究中的挑战与机遇,并全面介绍a级黄色片宏病毒组的技术流程、研究案例、常见问题和代表文献,助您拓展视野,启发思路,全面了解宏病毒组研究!


一、世上丰度最高的类群

提起病毒,人们想到的通常是SARS、埃博拉、艾滋、流感等这些 令人不愉快的词汇。事实上,病毒不仅仅影响人的健康,它们还有更重要的使命:推动自然物种的更替与演化,驱动生物地球化学的循环(Suttle等,2005)。病毒是我们这个星球上丰度最高的生命体。它们存在于世界的任意角落:从体型硕大的蓝鲸、非洲象,到肉眼无法分辨的寄生虫、细菌、衣原体等,但凡是“活”的东西,都有专门负责“办”它的病毒。


图1 常见感染人体的病毒形状和大小
图1 常见感染人体的病毒形状和大小


二、科学研究中的暗物质

据推测,地球上的病毒种类多达8700万种,其中可能感染人类的病毒就有73万种,但目前比较确认的已知病毒却只有约5000种,已知的人类病毒仅有263种(Geoghegan 等,2017;Carroll 等,2018)。由此可见,病毒是生命科学研究中实打实的“暗物质”。


图2 目前地球上已知和未知的病毒物种数量
图2 目前地球上已知和未知的病毒物种数量


三、宏病毒组

病毒和细菌不同,不同病毒基因组的差异非常大,根本没有16S rDNA这种进化保守的基因,所以无法做扩增子(Amplicon)。

2002 年,Forest Rowher课题组基于宏基因组(Metagenome)研究思路,对海水中的病毒进行了富集,高通量测序后发现大量的未知病毒(Breitbart等,2002)。自此,宏病毒组(Virome)概念应运而生(即,组成一个特定生态系统或共生系统中所有病毒的集合)。

2018年,由包括我国高福院士在内的多位世界级病毒专家在Science杂志上联合刊文,提出“全球病毒组计划”(GVP)(Carroll等,2018),将宏病毒组研究推到了一个全新的高度。


四、CNS中的常客

近几年,科学家运用宏病毒组学技术对多种环境、动物、微生物、以及人类各种来源的样品进行了不少的研究,产生很多突破性成果,见刊CNS已成为常态。代表作如,美国能源部的联合基因组研究所(JGI)针对全球3042份各种来源的样品进行的病毒组分析,共获得超过125 000个DNA病毒的基因组序列,将已知病毒基因集扩大16倍(Paez-Espino等,2016)。

在病毒组领域,中国科学家在其中也扮演了重要角色。2016和2018年,Nature杂志两次报道了我国科学家张永振团队的关于无脊椎动物和脊椎动物病毒组的研究成果。他们对388种无脊椎和低等脊椎动物样品进行了大规模的转录组测序,鉴定出1659种RNA病毒,其中绝大多数为首次发现(Shi等,2016和2018,图3)。该研究的意义在于,彻底重新构建了RNA病毒世界的系统发育树,对RNA病毒的分类进行了全新的界定。


图3 无脊椎动物体内发现的RNA病毒

图3 无脊椎动物体内发现的RNA病毒


红色为新发现的病毒,灰色为已知病毒


五、宏病毒组研究的新思路

随着高通量测序成本的降低,及病毒组样品处理技术的完善,普通实验室从事病毒组研究已经成为可能。

那么,作为“其它”专业的老师,我们为什么要关注病毒组研究呢?

或许您从事的是作物育种,但您有没有考虑过,不同株系或根际土壤中的病毒群体结构对作物生长有怎样影响?

或许您是医院的医生,但您是否有想过比较一下病人和健康人体内病毒组功能的差异呢?

或许您是寄生虫专家,认为病毒和微生物只是病害研究的不同门派,互无往来,但您是否想过寻找这种寄生虫中的天然病毒,以此来防控寄生虫呢?

这样的例子还有很多很多,当前病毒组的研究只露出冰山一角,任何领域若可以关联病毒组研究,一定是锦上添花,甚至是开山阔斧之作。

正所谓:“小病毒,无处不在;病毒组,大有未来!”


六、研究难点

目前,世界上绝大多数宏病毒组的研究都是基于从宏基因组数据中所挖掘的病毒信息,而直接提取环境或组织中宏病毒DNA或RNA序列的研究较少,提取成功率也很低(通常不到1%)。所以,宏病毒的富集和提取技术一直是棘手的大难题。a级黄色片独家开发了病毒宏基因组富集技术,可将富集病毒含量提高至10-1000倍,这将大大促进病毒宏基因组的研究,具有历史性的重要意义!a级黄色片最新的宏病毒组解决方案,从病毒核酸的富集到建库测序、基础分析以及个性化分析等您来pick!如下展示a级黄色片宏病毒组技术过程:

1、样品制备流程


a级黄色片样品制备流程


2、技术参数


a级黄色片宏病毒组技术参数


3、分析流程


a级黄色片宏病毒组分析流程


4、个性化结果展示

(1)病毒注释


a级黄色片病毒种水平注释结果统计
病毒种水平注释结果统计


(2)病毒-微生物多样性分析


a级黄色片病毒微生物多样性分析


(3)病毒聚类网络


a级黄色片宏病毒组并苏聚类网络


通过序列之间共有基因的数目,可以计算序列之间的同源性,通过设置同源性阈值,并根据该同源性绘制聚类网络。


(4)新病毒基因组组装分析


a级黄色片新病毒基因组装分析图


(5)特定目的基因功能结构域分析


a级黄色片特定目的基因功能结构域分析

(6)病毒宿主预测分析


a级黄色片病毒宿主预测分析图


5、Nature 案例展示

站在巨人肩膀上,可获得更广的视角。分享两篇Nature文章,助您从大牛们的宏病毒组研究找到新思路!

案例1:脊椎动物RNA病毒的进化史[8]

通过进行宏病毒组测序,对脊椎动物RNA病毒的多样性和进化进行了深入研究。发现了爬行动物、两栖动物、肺鱼、鳍条鱼、软骨鱼和无颚鱼中的214种脊椎动物相关病毒。

研究结果揭示了脊椎动物相关病毒家族的长期病毒-宿主关系,对揭示脊椎动物整个进化历史中各种病毒-宿主的关联性具有重要的意义,拓展了人们对RNA病毒进化的认识。


a级黄色片不同的脊椎动物宿主中鉴定脊椎动物相关病毒
不同的脊椎动物宿主中鉴定脊椎动物相关病毒


案例2:土壤病毒影响冻融梯度下土壤的微生物动态和碳循环[9]

在该研究中,作者从泥炭地的非根际(bulk)和粒级(size–fractionated)土壤的宏基因组中复原了病毒的基因组,并沿着冻融梯度对它们的生态和生物地化作用进行了评估。

研究表明病毒对微生物的侵染影响了土壤生态系统的功能。对土壤病毒群落进一步的研究,将有助我们更加全面地理解土壤复杂的功能网络和生态系统过程。此外,作者发现病毒丰度和气候模型中一个生物地化指标具有相关性,这表明,深入理解土壤病毒生态学将有助于改善生态系统/生物地球化学循环模型。


合集|你所关心的宏病毒组研究都在这里!
Stordalen Mire土壤病毒概观


6、常见问题

(1)宏病毒组技术和宏基因组及扩增子技术的异同?

都是从样品中的总DNA出发进行研究,避免了对微生物进行分离纯化和培养,提供了对样品中的全部微生物进行研究的新技术。

在扩增子技术中,其主要对微生物DNA上的某一段区域,如16S V3/V4/V3-V4等进行扩增、测序和分析;

在宏基因组技术中,则会使用样品中的所有微生物基因组DNA进行研究,并完成后续一系列数据处理和挖掘;

在宏病毒组技术中,主要以环境中所有病毒的遗传物质为研究对象,分析样品中的病毒构成信息。


(2)宏病毒组研究可以应用在哪些方面?

宏病毒组学可以全面解读样品中病毒的多样性和丰度,探索病毒之间、病毒与环境和宿主之间的关系。

由于宏病毒组学的研究对象是特定环境中病毒的总DNA+cDNA,因而不需要对微生物进行分离培养和纯化,且可以对样品中的DNA病毒和RNA病毒进行研究,为我们研究样品中的总病毒提供了一条新的途径。

在短短的几年里,人们用这种方法发现了很多有意义的病毒,并扩大了很多病毒的宿主范围,增强了人们对环境中包括各种媒介生物的病毒组成的了解。研究领域涉及到人类肠道、动物组织、血液、水体等,充分显示出宏病毒组技术在病毒发现、病原溯源、微生物预警等方面的应用价值。


七、a级黄色片精选36篇宏病毒组研究的代表性文献


a级黄色片宏病毒组研究代表性文献精选图




您可能还喜欢:

淡水宏病毒组揭示了新的功能性噬菌体抗药性基因

宏基因组合作文章精选



分享到: