?Meta-Apo算法能校正基于16S基因擴(kuò)增子推斷的菌群功能

當(dāng)前，在疾病診斷、生態(tài)監(jiān)控、生物安全等領(lǐng)域，急需基于元基因組測(cè)序的微生物組功能分析和比較，其具有廣闊應(yīng)用價(jià)值，然而，高昂的成本卻限制了其廣泛應(yīng)用。

日前，中科院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞中心開(kāi)發(fā)了微生物組功能校正算法Meta-Apo（Metagenomic Apochromat），為大規(guī)模的菌群功能比較提供了一種新的解決方案，在充分保證分析精度的同時(shí)，可大幅降低實(shí)驗(yàn)和計(jì)算成本。

據(jù)介紹，微生物組功能的分析和比較，主要基于基因組序列進(jìn)行代謝重建。路線之一是鳥(niǎo)槍法元基因組測(cè)序（WMS），然而其測(cè)序成本高，達(dá)到1000——2000元/樣本，且分析過(guò)程冗雜，阻礙了該方法的大規(guī)模應(yīng)用。第二個(gè)路線方法是通過(guò)擴(kuò)增子測(cè)序，該方法利用16S rRNA等進(jìn)化標(biāo)記基因和其參照基因組之間的關(guān)聯(lián)，亦能推斷微生物組的功能。該方法大幅降低了成本，但16S rRNA基因片段經(jīng)常帶有擴(kuò)增偏好性，而且與全基因組序列的關(guān)聯(lián)并非完全可靠，因此，該方法的功能重建結(jié)果經(jīng)常會(huì)出 ?現(xiàn)較大的偏差。

為了解決以上問(wèn)題，單細(xì)胞中心生物信息研究組提出了Meta-Apo算法，通過(guò)挖掘WMS數(shù)據(jù)和16S rRNA擴(kuò)增子數(shù)據(jù)之間的同構(gòu)關(guān)系，利用少量WMS和16S rRNA數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)行訓(xùn)練，即對(duì)同一個(gè)菌群樣本分別進(jìn)行WMS測(cè)序和16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序樣本的菌群功能校正。

研究結(jié)果顯示，Meta-Apo利用僅僅15例樣本的數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)行訓(xùn)練，進(jìn)而基于16S rRNA擴(kuò)增子對(duì)5,000例人體腸道菌群樣本進(jìn)行功能預(yù)測(cè)和校正，其結(jié)果與同批樣本基于WMS推斷的菌群功能基本一致，而總測(cè)序成本僅為后者的20%左右。因此，針對(duì)大規(guī)模菌群樣本的功能重建這一目的，將全部樣本用16S rRNA擴(kuò)增子策略，同時(shí)用WMS策略測(cè)定其中的一小部分樣本，將能在保證分析精度的前提下、大幅降低實(shí)驗(yàn)和計(jì)算成本。因此，Meta-Apo算法和相應(yīng)的測(cè)序策略為大規(guī)模菌群功能分析項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)重要的工具。

該項(xiàng)工作由單細(xì)胞中心與青島大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院合作完成，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金的支持。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1186/s12864-020-07307-1



關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)