宏基因组学

Metagenomes

宏基因组学
宏基因组学
宏基因组学是指利用高通量测序等方法,对环境样本中的微生物群体进行基因测序,以获得微生物的基因功能、组成和丰度。宏基因组测序可用于研究微生物群体功能特性、相互协作关系及与环境之间的关系。与传统方法相比,无需纯培养,大大减少了研究的费用、周期并提升了物种丰富度。
应用领域

医学研究:疾病标志物筛查、疾病的诊断和分型、疾病复发诊断、病因与病理机制探究、临床疗效评价、药物毒理学评价

生命科学研究:非生物环境关系研究、植物与微生物、在表型鉴定中的应用、代谢途径及功能基因组研究、药用植物研究中的应用

样本要求
● 土壤 / 污泥 / 沉积物 ≥ 3g ● 瘤胃液 / 发酵液 / 组织液 ≥ 3 ml ● 粪便 / 肠道内容物 ≥ 0.5g ● 水体滤膜 / 空气滤膜 ≥ 1 张
● 牛奶 / 酸奶 ≥ 10ml ● 液氮或 -80℃保存 ● 干冰运输
案例分析

具有多种作用模式的合成生物信息型天然产物抗生素

Synthetic-Bioinformatic Natural Product Antibiotics with Diverse Modes of Action

期刊:JACS     影响因子:14.612
发表时间:2020年8月     发表单位:美国洛克菲勒大学

研究背景

随着现有抗生素的抗药性变得普遍,迫切需要对抗生素结构进行变化以及活性改善。在基因组和宏基因组测序数据中,发现了较多的天然产物生物合成基因簇,这些基因簇中含有许多未知分子。

研究目的

我们使用合成 - 生物信息学天然产物 (syn-BNP) 方法获取在这一未开发资源中编码的结构信息,该方法依赖生物信息学算法,然后通过化学合成来预测并在生物合成基因簇的启发下生产小分子。共合成了由 96 个非核糖体肽合成酶基因簇激发的 157 个 syn-BNP 环肽,并对其进行了抗菌活性筛选。

研究结果

产生了 9 种具有抗 ESKAPE 病原体活性的抗生素。不仅抗药性病原体对许多这些 synn-BNP 抗生素敏感,而且在实验中无法对这些抗生素产生抗药性。这些抗生素的特征包括细胞裂解、膜去极化、抑制细胞壁生物合成和ClpP 蛋白酶失调。

图 1 a) 在生物系统中,基于基因编码信息酶促反应产生 NRP b) 每个预测的肽序列在需要的位置以两种方式被环化

图 2 a) 赋予 SyCPA 116 抗性的 clpP 突变 b) ClpP 的失调导致蛋白降解失控,对金黄色葡萄球菌是致命的 c)SyCPA 116 与 ADEP 结构的比较

图 3 经验证的 SyCPAs 的结构,NRPS 基因簇的关键特征,以及它们各自的总体合成产量如上所示

结论

基于 Synn-BNP 的生物合成基因簇可以更快识别生物活性小分子,可以应对迫在眉睫的抗菌素耐药性危机。

参考文献

Chu John,Koirala Bimal,Forelli Nicholas et al. Synthetic-Bioinformatic Natural Product Antibiotics with Diverse Modes of Action.[J] .J. Am. Chem. Soc., 2020