宏基因組學

宏基因組學（Metagenomics）又叫微生物環境基因組學、元基因組學。它通過直接從環境樣品中提取全部微生物的DNA,構建宏基因組文庫，利用基因組學的研究策略研究環境樣品所包含的全部微生物的遺傳組成及其群落功能。它是在微生物基因組學的基礎上發展起來的一種研究微生物多樣性、開發新的生理活性物質（或獲得新基因）的新理念和新方法。其主要含義是： 對特定環境中全部微生物的總DNA（也稱宏基因組，metagenomic）進行克隆，並通過構建宏基因組文庫和篩選等手段獲得新的生理活性物質；或者根據rDNA資料庫設計引物，通過系統學分析獲得該環境中微生物的遺傳多樣性和分子生態學信息。

基本介紹

• 中文名：宏基因組學
• 外文名：Metagenomics
• 別稱：微生物環境基因組學
• 別稱：元基因組學

起源

宏基因組學這一概念最早是在1998年由威斯康辛大學植物病理學部門的Jo Handelsman等提出的，是源於將來自環境中基因集可以在某種程度上當成一個單個基因組研究分析的想法，而宏的英文是“meta-”，具有更高層組織結構和動態變化的含義。後來伯克利分校的研究人員Kevin Chen和Lior Pachter將宏基因組定義為“套用現代基因組學的技術直接研究自然狀態下的微生物的有機群落，而不需要在實驗室中分離單一的菌株”的科學。

研究對象

宏基因組學研究的對象是特定環境中的總DNA，不是某特定的微生物或其細胞中的總DNA，不需要對微生物進行分離培養和純化，這對我們認識和利用95%以上的未培養微生物提供了一條新的途徑。已有研究表明，利用宏基因組學對人體口腔微生物區系進行研究，發現了50多種新的細菌，這些未培養細菌很可能與口腔疾病有關。此外，在土壤、海洋和一些極端環境中也發現了許多新的微生物種群和新的基因或基因簇，通過克隆和篩選，獲得了新的生理活性物質，包括抗生素、酶以及新的藥物等。

套用

採用宏基因組技術及基因組測序等手段，來發現難培養或不可培養微生物中的天然產物以及處於“沉默”狀態的天然產物。宏基因組不依賴於微生物的分離與培養，因而減少了由此帶來的瓶頸問題。

隨著新一代測序技術的迅猛發展，研究宏基因組的方法也已經發生了翻天覆地的變化：傳統的方法是測定微生物基因組上的16S rRNA基因，這些基因的長度通常在1500個鹼基左右，廣泛分布於原核生物，既能提供足夠的信息，而且具有相對緩慢的進化過程；其保守性與特異性並存，通過保守區和特異區來區別微生物的種屬。基於這些特性，科學家們通過選擇這些基因區域，方便地研究環境中物種的組成多樣性，但是還不能全面分析環境中的基因功能。而現在，新一代高通量低成本測序技術的廣泛套用，科學家們可以對環境中的全基因組進行測序，在獲得海量的數據後，全面地分析微生物群落結構以及基因功能組成等。

短短几年來，宏基因組學的研究已經滲透到各個領域，從海洋到陸地，再到空氣，從白蟻到小鼠，再到人體，從發酵工藝到生物能源，再到環境治理等。

目前遇到的問題

樣品的提取方法還有待改進，生物信息分析依賴於樣品的複雜度。