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2021年8月10日作者:丹尼尔天鹅博士,NGS服务经理,NCIMB

这个混合物是什么?偏心神经的承诺和力量


由丹尼尔·天鹅博士,NGS服务经理,NCIMB

在NCIMB,我们经常识别在制药、食品和其他工业生产环境中发现的细菌。准确的识别可以帮助相关公司追踪微生物污染的来源,并确认同一问题是否会重复发生。通常这些工作是作为培养皿上的纯培养物来的,我们可以挑选菌落来隔离当前存在的单一物种。

然而,有时我们会面临一个更有挑战性的问题。例如,我们最近被要求鉴定在生物反应器内产生的一种意想不到的黏液的成分。我们也可能被要求分析自然环境中的微生物种群,例如海底结构。

在生物反应器内,不需要的黏液通常是微生物污染的结果。可能是一种污染物或一个复杂的混合群落形成了生物膜——一个三维的聚合体,不仅包括微生物细胞的混合群落,还包括多糖、蛋白质和脂质。生物膜在各种环境下都可能导致问题,而将这种黏液镀出来以隔离单独的物种进行识别可能是一个非常耗时且最终令人沮丧的过程。并不能保证混合环境样本中的所有物种都能在实验室条件下生长。

正是因为这样的项目,我们才求助于元基因组学。这种方法也有其他的名字——微生物群落分析或微生物组分析只是两个。使用不同的术语可能会让人感到困惑;但是,无论使用哪个术语,这种方法的原则和优点是相同的。

为了更直接的鉴定纯细菌培养,我们使用Sanger测序进行鉴定。这个过程包括对一个基因的一部分进行测序,称为16S基因(或用于真菌鉴定的D2 LSU)。该片段通常是前500bp,但如果需要更好的分类学分辨率,我们也可以对整个基因进行测序。但这确实需要我们首先有一个菌落或纯培养物来工作,正如已经描述的,当涉及到生物膜时,获得这些菌落可能是具有挑战性的。

宏基因组学与此中间阶段培养和直接从样品中提取DNA移动摒弃。DNA的提取的量通常非常小,特别是从环境样品中的洁净室的环境中或从海水中,例如。但是,DNA的这些少量使用聚合酶链反应(PCR),以产生足够量的感兴趣的序列的扩增。就像Sanger测序,宏基因组学的分析,我们针对16S基因。大多数的16S基因的不同细菌种类之间的差异都集中在什么被称为可变区,其中有九个。由于大多数的宏基因组测序是在Illumina的定序器,它具有最大的读取长度300bp的,可变区,或相邻的可变区的组合来执行,被选择用于PCR扩增。

第一轮PCR的扩增多数16S序列在起始原料中存在以产生表示细菌种类的你的样品在混合的混合PCR产物。的每个DNA片段随后被测序,并独立地分析,让我们来看看生成的每个序列与贴标签于它。这是一个分类标签 - 换句话说,一个物种的标识符。这种标记方法使得次出现的顺序进行评估的数量,并通过这种方式,我们可以理解而不仅是物质存在,而且每一个的丰度。

这两项措施打开大门,其他的分析,可以帮助我们获得一个更深入的了解的情况正在研究中。物种多样性的丰富程度可以计算出来。我们可以看个采样站点随着时间的推移或过度治疗,并确定哪些物种样本组之间的变化 - 有效地找差丰盈。我们可以通过他们的统计特性组样品 - 让我们对已知类型的分类样本,以评估他们可能来自。

这种方法可应用于许多不同的场景 - 从污染的生物反应器或废水监测监测油田系统和你的直觉分析细菌。它可用于分析mycobiome(所有本真菌),用于入侵物种测试(通过CO1基因代替16S基因),对于理解食品腐败,甚至在供应链测试对于掺假肉。

宏基因组学确实是一项改变游戏规则的技术,无论16S或其他标记基因是否被使用,它都能对正在研究的系统提供无与伦比的见解。然而,由于可能进入实验系统的混杂因素,这个过程需要仔细控制。建议运行负控制和复制,甚至可变区域的选择也可能对下游数据产生意想不到的影响。NCIMB可以利用我们数十年的微生物学经验帮助您应对这些挑战。点击在这里访问我们的网站。

Dr. Daniel Swan joined NCIMB in 2017. Daniel is an experienced bioinformatician who has been generating and analysing DNA sequence data since 1995. He is responsible for developing and maintaining the analysis infrastructure that supports NCIMB’s NGS platforms, as well as providing NGS and bioinformatics consultation for R&D partners. He is passionate about sequencing all of the reference strains in the NCIMB collection.


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日期已发布:2021年8月10日

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