由加州大學圣地亞哥分校（UC San Diego）的科學家領導的國際研究團隊成功開發(fā)了名為Greengenes2的參考數(shù)據(jù)庫，這一突破性進展將使得16S核糖體RNA基因擴增（16S）和Shotgun宏基因組測序技術的微生物組數(shù)據(jù)相互比較和結合成為可能。

UC圣地亞哥分校的兒科學、生物工程和計算機科學教授羅布·奈特（Rob Knight）博士表示：“這對微生物組研究來說是一個重要的時刻，因為我們有效地挽救了10多年的16S數(shù)據(jù)，否則這些數(shù)據(jù)可能在現(xiàn)代的Shotgun測序技術下變得過時。通過標準化這兩種方法的結果，我們顯著提高了發(fā)現(xiàn)與健康和疾病相關的微生物組生物標志物的機會?！蹦翁厥沁@個國際團隊的高級作者，他們在《自然生物技術》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。

微生物組研究依賴于科學家確定樣本中存在哪些微生物。為了做到這一點，科學家需要對樣本中的基因信息進行測序，并將其與參考數(shù)據(jù)庫進行比對，以確定哪些序列屬于哪些微生物。16S和Shotgun測序是微生物組研究中應用最廣泛的兩種技術，但它們經常會得出不同的結果。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)他們的結果難以協(xié)調。這種方法的不標準化限制了微生物組可重復的生物標志物發(fā)現(xiàn)…一個關鍵問題是全基因組資源和rRNA資源依賴于不同的分類和進化樹。”

原有的Greengenes數(shù)據(jù)庫在微生物組領域廣泛使用了十多年。它是眾多重要項目的參考數(shù)據(jù)庫，包括美國國立衛(wèi)生研究院人類微生物組計劃、美國腸道微生物項目、地球微生物組計劃等。

然而，該數(shù)據(jù)庫的一個根本局限在于它依賴于單一基因（16S基因）的序列來鑒定樣本中的微生物。雖然這種經過充分研究的基因一直被用作分類標記，但它不能總是確定特定的微生物種類或菌株，這對于臨床工作非常重要。現(xiàn)代微生物組研究已經轉向使用Shotgun測序，該技術檢測來自微生物基因組各個區(qū)域的DNA，而不僅僅是關注一個基因。這種強大的方法為研究者提供了更高的物種水平特異性，并且提供了有關微生物功能的見解。

研究團隊擴展了Web of Life整個基因組數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了幾種新的計算工具，將高質量的16S序列整合到整個基因組進化樹中，從而創(chuàng)建了Greengenes2。通過Mirarab博士領導的研究團隊開發(fā)的機器學習工具，他們將來自300,000多個微生物組樣本的16S片段放入該數(shù)據(jù)庫。最終，他們得到了一個廣泛的參考數(shù)據(jù)庫，可用于將16S和Shotgun測序數(shù)據(jù)映射到其中。

為了驗證Greengenes2是否有助于標準化兩種測序技術的結果，研究人員獲取了來自同一人類微生物組樣本的16S和Shotgun測序數(shù)據(jù)，并將其與Greengenes2的進化樹進行了分析。兩種技術的結果顯示高度相關的多樣性評估、分類信息和效應大小，這是研究人員之前未曾見過的。研究團隊表示：“通過將序列插入到整個基因組進化樹中，我們展示了當使用相同的樹進行分析時，從相同樣本產生的16S rRNA和Shotgun宏基因組數(shù)據(jù)在主坐標空間、分類學和表型效應大小上是一致的?！?/p>

Greengenes2的開發(fā)有望使得大量16S數(shù)據(jù)得以重新應用，并允許將其與現(xiàn)代Shotgun數(shù)據(jù)結合進行新的元分析。通過使用這個一致的分類資源，不同數(shù)據(jù)類型的微生物組研究的可重復性得到了顯著提高，有助于研究人員在不同人群中可靠地回收大或小效應的變量。

這項突破性成果為微生物組學研究帶來了新的時代，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。同時，它也為臨床醫(yī)學在基于微生物組數(shù)據(jù)做出診斷和治療決策方面提供了更強有力的支持。這個由國際科學家合作的項目的成功標志著微生物組學領域的重要進展，為未來的微生物組研究開辟了新的可能性。

編輯：王洪

排版：李麗