What is the difference between targeted sequencing and amplicon sequencing?

Amplicon sequencing involves the PCR amplification of specific genomic regions followed by sequencing, which ensures high specificity and on-target rates due to the precise design of primers. It is particularly suitable for analyzing small, defined regions of the genome, such as in genetic variation analysis and microbial profiling. In contrast, targeted sequencing encompasses methods like hybrid capture and probe-based enrichment to selectively sequence larger genomic regions or multiple genes without prior amplification. This allows for a more comprehensive analysis of selected areas, but may have variable on-target rates depending on the efficiency of the enrichment process. Amplicon sequencing, by its nature, achieves superior on-target rates in contrast to other targeted sequencing methodologies, attributing this efficiency to the precise design of primers. This approach finds particular applicability in tasks like genotyping via sequencing, as well as the discernment of germline single nucleotide polymorphisms (SNPs), insertions and deletions (indels), and known genetic fusions.

What are the primary applications of Amplicon Sequencing?

Amplicon sequencing serves as a pivotal tool in diverse scientific domains, encompassing but not limited to the following applications: Genetic Variance Analysis: Unveiling single nucleotide polymorphisms (SNPs), insertions, deletions, and other hereditary genetic modifications. Microbiome Investigations: Profiling microbial communities by sequencing marker genes like the 16S ribosomal RNA. Oncological Inquiry: Spotting somatic mutations and genetic modifications within tumor specimens. Hereditary Disease Research: Exploring the genetic underpinnings of inherited disorders. Environmental Surveys: Gauging biodiversity and identifying specific organisms within environmental specimens.

What is the difference between Amplicon Sequencing and Whole-Genome Sequencing (WGS)?

Amplicon sequencing targets specific genomic regions by amplifying them with PCR before sequencing, allowing for high specificity and depth in analyzing small, defined regions, such as in detecting mutations or profiling microbial communities. In contrast, whole-genome sequencing (WGS) sequences the entire genome without prior selection or amplification, providing a comprehensive view of all genetic information, which is ideal for discovering novel variants and obtaining a complete genetic profile, but it is more resource-intensive and less focused on specific areas of interest.

How do you choose the target regions for Amplicon Sequencing?

The selection of target segments in Amplicon Sequencing hinges on the study's objectives and the biological significance of these segments. Pertinent factors include associations with diseases, genetic markers, regions of notable variability, and functional relevance. Collaborating with bioinformaticians and utilizing databases like dbSNP and ClinVar can facilitate precise target region identification.

What types of bioinformatic analyses can be performed with Amplicon Sequencing data?

Variant identification: Recognizing SNPs, insertions, deletions, and diverse genetic variances. Analysis of microbial diversity: Evaluating the constitution and prevalence of microbial consortia. Phylogenetic investigation: Researching evolutionary connections among sequences. Functional elucidation: Associating genetic variances with plausible functional implications.

Can Amplicon Sequencing detect rare variants?

Without a doubt, Amplicon Sequencing displays notable sensitivity, allowing the detection of infrequent variants found at low occurrences. This trait renders it applicable for situations like the spotting of mutations in cancer and the evaluation of microbial diversity.

Amplicon-Sequenzierungsdienste: Hochauflösende genetische und Mikrobiomanalyse

Inhaltsverzeichnis

Neugierig, welche gezielte NGS-Methode für Ihre Studie geeignet ist? Entdecken Sie unsere umfassende Überprüfung, die Hybridisierungsfang und Amplicon-Sequenzierung für ein optimiertes Panel-Design vergleicht.

Erkunde die Bewertung

Was ist Amplicon-Sequenzierung?

Amplicon-Sequenzierung ist eine gezielte Next-Generation-Sequenzierung (NGS) Ansatz, der speziell entworfene Primer verwendet, um ausgewählte genomische Regionen mittels PCR zu amplifizieren, gefolgt von Hochdurchsatz-Sequenzierung der Amplifikate. Diese Technik ermöglicht die präzise Erkennung genetischer Varianten innerhalb definierter Loci und wird häufig in Studien zu Genmutationen, mikrobieller Vielfalt und Biomarker-Screening eingesetzt.

Wie es funktioniert

Zielauswahl und Primerdesign – Primer werden entworfen, um spezifische genomische Regionen von Interesse basierend auf den Forschungszielen zu amplifizieren.
PCR-Amplifikation – Die Zielregionen werden aus der Proben-DNA amplifiziert, um hochabundante Amplicons zu erzeugen.
Bibliothekskonstruktion und Sequenzierung – Amplicons werden mit Adaptern ligiert und in Sequenzierungsbibliotheken vorbereitet, anschließend werden sie mit Plattformen wie Illumina oder PacBio sequenziert.
Datenanalyse – Sequenzierungsdaten werden für die Ausrichtung, Variantenbestimmung, Sequenzassemblierung oder taxonomische Klassifikation verarbeitet.

Dieses Verfahren ist ideal für die Hochdurchsatzdetektion von Mutationen in mehreren Proben und ermöglicht die gleichzeitige Untersuchung von Hunderten bis Tausenden von Amplicon-Loci.

The workflow and key steps involved in amplicon sequencing

Warum Amplicon-Sequenzierung verwenden?

Die Amplicon-Sequenzierung ist ein hocheffizienter und kostengünstiger gezielter Sequenzierungsansatz, der sich ideal für die eingehende Analyse spezifischer genomischer Regionen, mikrobieller Gemeinschaften oder funktioneller Genelemente eignet. CD Genomics bietet umfassende, anpassbare Amplicon-Sequenzierungslösungen – unterstützt Ihre Forschung von der Primer-Design bis zur bioinformatischen Analyse.

Hochgradig zielgerichtet & genau
Durch die Amplifikation nur der Regionen von Interesse mit spezifischen Primern gewährleistet diese Methode eine präzise Variantenerkennung mit hoher Sensitivität – ideal für locus-spezifische Validierungen und funktionale Studien.
Hoher Durchsatz & Multiplexing
In der Lage, Hunderte bis Tausende von Zielregionen pro Durchlauf zu analysieren, was es für großangelegte Screenings, die Profilierung mikrobieller Diversität und die parallele Probenverarbeitung geeignet macht.
Plattformflexibilität und breites Amplicon-Spektrum
Kompatibel mit sowohl Illumina (Short-Read) als auch PacBio (Long-Read) Plattformen. Unterstützt Amplicons von 100 bp bis zu 10 kb und erfüllt eine Vielzahl von Forschungsbedürfnissen.
Empfindlich gegenüber seltenen Varianten
Mit ultra-tiefer Sequenzierung ist es hervorragend darin, niedrigfrequente somatische Mutationen zu erkennen und komplexe mikrobielle Mischungen aufzulösen, sodass wichtige Erkenntnisse nicht übersehen werden.

Amplicon-Sequenzierung vs. Andere NGS-Methoden

Merkmal	Amplicon-Sequenzierung	Gezielte Erfassungssequenzierung	Whole Genome Sequencing (WGS) - Gesamtes Genom-Sequenzierung (WGS)
Zielregion	Spezifische PCR-amplifizierte Loci	Breitere Regionen über hybride Sonden	Ganzes Genom
Sequenzierungstiefe	Ultra-tief (>1000×)	Mäßig bis tief (200–800×)	Niedrig bis moderat (~30×)
Datenvolumen / Kosten	Niedrig	Mittel	Hoch
Empfindlichkeit der Variantenerkennung	Hoch (ideal für seltene/niedrigfrequente Varianten)	Mittel	Niedrig bis mittel
Anwendungsfälle	16S/18S/ITS , CRISPR-Validierung Antikörperrepertoire	Krebs-Panels, Gene seltener Krankheiten	Populationsgenetik strukturelle Varianten

Die Wahl der richtigen Amplicon-Sequenzierungsplattform und Leselänge

Bei CD Genomics bieten wir drei Amplicon-Sequenzierungsoptionen an, die auf Ihre Amplicon-Länge, Forschungsziele und Datenanforderungen zugeschnitten sind:

Sequenzierungstyp	Ampliconlänge	Plattform	Leseumfang	Typische Anwendungen
Standard-Amplikon-Sequenzierung	100–250 bp	Illumina MiSeq	2×150 bp	SNP-Genotypisierung , Bearbeitung der Standortvalidierung, schnelle Belastungsprüfung
Mittel-lange Amplicon-Sequenzierung	250–550 bp	Illumina MiSeq / NextSeq	2×250 bp oder 2×300 bp	Hochvariablen Regionen (z. B. 16S V3-V4), Antikörper schwere/leichte Ketten
Lange Amplicon-Sequenzierung	>550 bp bis zu ~10 kb	PacBio Sequel	HiFi CCS (hochauflösende Langlesungen)	Vollständig 16S/ITS , gepaarte Antikörperketten, Phasierung von Varianten

Plattform-Highlights:

Illumina-Plattform: Bietet hohe Sequenziergenauigkeit; ideal für kurze bis mittellange Amplicons. Unterstützt eine hohe Multiplexkapazität, was sie gut geeignet für Hochdurchsatzstudien macht.
PacBio PlattformErmöglicht Langzeit-, hochauflösende Sequenzierung. Am besten geeignet für strukturell komplexe oder lange Amplicons, die eine Phasierung oder vollständige Analyse erfordern.

Empfehlungen:

Für Amplicons <250 bp empfehlen wir die Illumina-Paarendsequenzierung 2×150 bp.
Für Amplicons zwischen 250–550 bp empfehlen wir Illumina 2×250 bp oder 2×300 bp Konfigurationen.
Für Amplicons >550 bp oder Projekte, die vollständige Sequenzen erfordern, empfehlen wir die PacBio-Plattform mit HiFi (High-Fidelity) Reads für eine einzelmolekulare genaue Sequenzierung.

Unser Amplicon-Sequenzierungsprozess: Von der Beratung bis zur Berichterstattung

Unser modularer Workflow gewährleistet eine standardisierte Qualitätskontrolle in jedem Schritt und ermöglicht flexible Anpassungen basierend auf den Projektanforderungen:

Projektberatung

Ziele definieren

Wählen Sie die Sequenzierungsplattform und -tiefe aus.

Workflow bestätigen

Mustereinreichung & Qualitätssicherung

Musteranmeldung

DNA/PCR-Qualitätskontrolle

Optionale PCR-Amplifikationsdienstleistung

Bibliotheksvorbereitung

Adapter-Ligation

Indizierung und Pooling

Bibliotheksqualitätsprüfung

Sequenzierung

Illumina- oder PacBio-Plattformen

Kurze oder lange Texte

Anpassbare Sequenzierungstiefe

Bioinformatik & Berichterstattung

Datenqualitätskontrolle

Variantenerkennung und taxonomische Analyse

Lieferung des Abschlussberichts

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Forschungsanwendungen der Amplicon-Sequenzierung

Unsere Amplicon-Sequenzierungsdienste werden in verschiedenen Forschungsbereichen breit angewendet und ermöglichen eine präzise und effiziente Analyse genomischer Variationen und komplexer Sequenzinformationen. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:

Erkennung genetischer Varianten
Genaues Identifizieren von SNPs, somatischen Mutationen und komplexen genetischen Varianten zur Unterstützung verschiedener genetischer Studien und Genotypisierungen.
Mikrobiomforschung
Sequenzierung von 16S rRNA, 18S rRNA und ITS-Regionen zur Analyse der mikrobiellen Diversität, phylogenetischen Profilierung und ökologischen Studien.
Immunsystem-Repertoire-Sequenzierung
Gezielte Sequenzierung von Antikörper-Schwer- und Leichtketten zur Unterstützung der Immunvielfalt-Profilierung und der Entwicklung therapeutischer Antikörper.
Validierung der Genbearbeitung
Bewertung der Effizienz der CRISPR/Cas9-Bearbeitung und der Off-Target-Effekte, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit in Genom-Editierungsexperimenten sicherzustellen.
Funktionales Gen-Screening
Hochdurchsatz-Screening spezifischer Genregionen zur Unterstützung von Genfunktionsstudien und der Entdeckung neuer Ziele.
Plasmidbibliotheksanalyse
Umfassende Analyse von Plasmidbibliotheken hinsichtlich Vielfalt und struktureller Merkmale zur Unterstützung von molekularer Klonierung und Gentechnik.

Amplicon-Sequenzierung Bioinformatik- und Datenanalyse-Dienste

Wir bieten umfassende und anpassbare Lösungen an. Bioinformatik Lösungen für Amplicon-Sequenzierungsprojekte, die sowohl Kurz- als auch Langlese-Sequenzierungsplattformen unterstützen. Unsere Dienstleistungen helfen Kunden, den vollen Wert ihrer Daten zu erschließen und eine genaue Variantenerkennung sowie funktionale Interpretation zu erreichen.

Bioinformatics pipeline for analyzing amplicon sequencing data

Short-Read Amplicon-Sequenzierung (Illumina) Analyse

Datenqualitätskontrolle und Vorverarbeitung
Entfernung von Adaptersequenzen und niedrigqualitativen Reads, Zusammenführung von Paar-End-Reads zur Sicherstellung hochwertiger Daten.
Rauschunterdrückung & Variantenentdeckung
Fortgeschrittene Algorithmen (z. B. DADA2, UNOISE) zur Geräuschentfernung und Chimärenfilterung; genaue Identifizierung von SNPs und Indels.
Taxonomische Annotation und Klassifikation
Hocheffiziente Artenannotation basierend auf 16S, 18S, ITS und anderen kuratierten Datenbanken.
Vielfaltsanalyse
Alpha- und Beta-Diversitätsbewertungen zur Unterstützung des Vergleichs der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und ökologischer Statistiken.
Funktionale Vorhersage und Pfadanalyse
Systematische Vorhersage der Genfunktion zur Aufdeckung potenzieller biologischer Funktionen und Stoffwechselwege.
Datenvisualisierung & Berichterstattung
Reiche grafische Ausgaben und intuitive Berichte zur Förderung eines tiefen Verständnisses der Sequenzierungsergebnisse.

Long-Read-Amplicon-Sequenzierung (PacBio / ONT) Analyse

Hochgenaue Korrektur von Langlesen
CCS (Circular Consensus Sequencing) und Fehlerkorrekturalgorithmen verbessern die Lesegenauigkeit und Datenzuverlässigkeit.
Vollständige Amplicon-Assemblierung
Erhalten Sie vollständige Amplicon-Sequenzen ohne die Notwendigkeit des Zusammenfügens, was eine genaue Erkennung komplexer und langreichweitiger Varianten ermöglicht.
Phasierung und Erkennung struktureller Varianten
Erkennen Sie SNPs, Indels und strukturelle Varianten aus vollständigen Lesevorgängen, die eine hochauflösende Variantenphasenunterstützung bieten.
Hochauflösende taxonomische und funktionale Annotation
Arten- und Genfunktionsannotation in höherer Auflösung basierend auf vollständigen Sequenzalignments.
Fortgeschrittene Profilierung mikrobieller Gemeinschaften
Nutzen Sie vollständige Lesevorgänge für eine umfassende Analyse der mikrobiellen Gemeinschafts- und Funktionsvielfalt.
Benutzerdefinierte Berichterstattung
Die Liefergegenstände umfassen Karten zu strukturellen Variationen, vollständige Details zu Varianten und eine umfassende funktionale Interpretation zur Unterstützung wissenschaftlicher Publikationen.

Beispielanforderungen und Qualitätsrichtlinien für Amplicon-Sequenzierung

Um hochwertige Sequenzierungsergebnisse zu gewährleisten, bietet CD Genomics klare Richtlinien für Probenarten und Eingabebedürfnisse. Im Folgenden finden Sie eine schnelle Übersicht über empfohlene Mengen und Qualitätskriterien:

Probenart	Empfohlene Eingabe	Reinheit (OD260/280)	Anforderungen	Notizen
Reinige PCR-Produkte	≥1 µg (min. 500 ng)	1,8–2,0	≥20 ng/μL; hochqualitativ; Größe entspricht den Plattform-Spezifikationen	Einzelnes, spezifisches Band; keine unspezifischen Produkte
Unreinigte PCR-Produkte	Variable	—	Akzeptabel, aber eine Reinigung wird dringend empfohlen, um eine optimale Sequenzierungsqualität zu gewährleisten.	—
Fragmentierte DNA	Ausreichende Menge	—	Erfordert einheitliche Größe und Kompatibilität mit der Zielregion.	Für spezifische Amplicon-Strategien
Genomisches DNA (gDNA)	≥500 ng	1,8–2,0	Hohe Reinheit; ≥20 ng/μL; keine Zersetzung	Ideal für PCR-basierte Amplifikation
Restriktionsenzym-Schnitte	Angemessene Menge	—	Vollständige Verdauung; frei von Hemmstoffen	Geeignet für die nachgelagerte Bibliotheksvorbereitung
Plasmide	Angemessene Menge	—	Muss gereinigt werden; die Integrität des Zielinserts sicherstellen.	—

💡 Hinweis: Dies sind allgemeine Empfehlungen. Bei projektspezifischen Bedürfnissen wenden Sie sich bitte an unser technisches Team für maßgeschneiderte Unterstützung.

Warum CD Genomics für Amplicon-Sequenzierung wählen?

CD Genomics ist auf die Bereitstellung von hochwertigen, hochdurchsatzfähigen Amplicon-Sequenzierungsdiensten spezialisiert und nutzt fortschrittliche Illumina- und PacBio-Plattformen, um unterschiedlichen Anforderungen an Ampliconlängen und -komplexität gerecht zu werden. Wir setzen uns dafür ein, genaue und zuverlässige Daten zur Variantenanalyse bereitzustellen, die genomische Forschung, Mikrobiomstudien und funktionale Gen-Screenings in verschiedenen Bereichen unterstützen.

Multiplattform-Technologieunterstützung
Umfassende Abdeckung von Hunderten bis Zehntausenden von Basenpaaren mithilfe von Illumina-Kurzlesungen und PacBio-Langlesungen, die verschiedene experimentelle Designs berücksichtigen.
Überlegene Datenqualität und Genauigkeit
Strenge Qualitätskontrollprozesse gewährleisten eine hohe Abdeckung und eine tiefe Sequenzierungstiefe für die präzise Erkennung von Varianten mit niedriger Frequenz.
Angepasste bioinformatische Analyse
Professionelle Sequenzassemblierung, Variantenerkennung und funktionale Annotation mit intuitiven Visualisierungsberichten, um Kunden zu helfen, wertvolle Erkenntnisse schnell zu gewinnen.
End-to-End Professionelle Unterstützung und Schnelle Reaktion
Erfahrene Teamleitung während des Projektentwurfs, der Qualitätskontrolle von Proben, der Sequenzierung und der Datenlieferung, um eine effiziente und reibungslose Projektabwicklung sicherzustellen.

Demonstrationsergebnisse

Teilweise Ergebnisse sind unten aufgeführt:

Taxonomy distribution at Phylum classification level.

Die Taxonomieverteilung aller Proben auf der Ebene der Stammklassifikation.

Species abundance heatmap showing sample distribution.

Artenhäufigkeit Wärmebild.

Rarefaction curve (the above figure) and sequencing depth (the below figure) of sample reads.

Seltenheitskurve der sequenzierten Reads für Proben (Die obige Abbildung) & Die Sequenzierungstiefe der Proben (Die untere Abbildung).

$Boxplot analysis for Bray Curtis(A), Jaccard(B), unweighted unifrac (C), and weighted unifrac (D).$

Boxplot-Analyse basierend auf Bray-Curtis (A), binärem Jaccard (B), ungewichteten Unifrac (C) und gewichteten Unifrac (D).

$PCoA analysis based on Bray Curtis(A), Jaccard(B), unweighted unifrac (C), and weighted unifrac (D).$

PCoA-Analyse basierend auf Bray-Curtis (A), binärem Jaccard (B), ungewichtetem Unifrac (C) und gewichtetem Unifrac (D).

UPGMA clustering tree for sample relationships and grouping.

UPGMA-Clusterbaum.

Proportion comparison of treated vs. control group samples.

Mittelwert der behandelten und Kontrollgruppe.

Cladogram showing phylogenetic tree of sample data.

Kladogram.

LDA score plot representing sample group differentiation.

LDA-PUNKTZAHL.

Amplicon-Sequenzierungs-FAQs

1. Was ist der Unterschied zwischen gezielter Sequenzierung und Amplicon-Sequenzierung?

Amplicon-Sequenzierung umfasst die PCR-Amplifikation spezifischer genomischer Regionen, gefolgt von der Sequenzierung, was hohe Spezifität und Zielgenauigkeit aufgrund des präzisen Designs der Primer gewährleistet. Sie ist besonders geeignet für die Analyse kleiner, definierter Regionen des Genoms, wie beispielsweise bei der Analyse genetischer Variationen und der mikrobiellen Profilierung. Im Gegensatz dazu, gezielte Sequenzierung umfasst Methoden wie Hybrid-Capture und Sonden-basierte Anreicherung, um gezielt größere genomische Regionen oder mehrere Gene ohne vorherige Amplifikation zu sequenzieren. Dies ermöglicht eine umfassendere Analyse der ausgewählten Bereiche, kann jedoch je nach Effizienz des Anreicherungsprozesses variable On-Target-Raten aufweisen. Die Amplicon-Sequenzierung erreicht aufgrund ihrer Natur im Gegensatz zu anderen Methoden überlegene On-Target-Raten. gezielte Sequenzierung Methoden, die diese Effizienz dem präzisen Design von Primern zuschreiben. Dieser Ansatz findet besondere Anwendung in Aufgaben wie Genotypisierung durch Sequenzierung sowie die Erkennung von Keimbahn-einzelnen Nukleotid-Polymorphismen (SNPs), Insertionen und Deletionen (Indels) sowie bekannten genetischen Fusionen.

2. Was sind die Hauptanwendungen der Amplicon-Sequenzierung?

Die Amplicon-Sequenzierung dient als ein entscheidendes Werkzeug in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden Anwendungen:

Genetische Variationsanalyse: Aufdeckung von Einzel-Nukleotid-Polymorphismen (SNPs), Insertionen, Deletionen und anderen erblichen genetischen Modifikationen.
Mikrobiom-Untersuchungen: Profilierung mikrobieller Gemeinschaften durch Sequenzierung von Marker-Genen wie der 16S ribosomalen RNA.
Onkologische Untersuchung: Erkennung somatischer Mutationen und genetischer Veränderungen in Tumorproben.
Forschung zu Erbkrankheiten: Untersuchung der genetischen Grundlagen von erblichen Störungen.
Umwelterhebungen: Bewertung der Biodiversität und Identifizierung spezifischer Organismen innerhalb von Umweltproben.

3. Was ist der Unterschied zwischen Amplicon-Sequenzierung und Whole-Genome-Sequenzierung (WGS)?

Die Amplicon-Sequenzierung zielt auf spezifische genomische Regionen ab, indem sie diese mit PCR amplifiziert, bevor sie sequenziert werden. Dies ermöglicht eine hohe Spezifität und Tiefe bei der Analyse kleiner, definierter Regionen, wie zum Beispiel bei der Erkennung von Mutationen oder der Profilierung mikrobieller Gemeinschaften. Im Gegensatz dazu, Whole-Genome-Sequenzierung (WGS) Sequenzen das gesamte Genom ohne vorherige Selektion oder Amplifikation und bietet einen umfassenden Überblick über alle genetischen Informationen, was ideal ist, um neuartige Varianten zu entdecken und ein vollständiges genetisches Profil zu erhalten, jedoch ressourcenintensiver ist und weniger auf spezifische Interessensgebiete fokussiert ist.

4. Wie wählen Sie die Zielregionen für die Amplicon-Sequenzierung aus?

Die Auswahl der Zielsegmente in der Amplicon-Sequenzierung hängt von den Zielen der Studie und der biologischen Bedeutung dieser Segmente ab. Wichtige Faktoren sind Assoziationen mit Krankheiten, genetische Marker, Regionen mit bemerkenswerter Variabilität und funktionale Relevanz. Die Zusammenarbeit mit Bioinformatikern und die Nutzung von Datenbanken wie dbSNP und ClinVar können die präzise Identifizierung der Zielregionen erleichtern.

5. Welche Arten von bioinformatischen Analysen können mit Amplicon-Sequenzierungsdaten durchgeführt werden?

Variantenerkennung: Erkennung von SNPs, Insertionen, Deletionen und verschiedenen genetischen Variationen.
Analyse der mikrobiellen Vielfalt: Bewertung der Zusammensetzung und Häufigkeit mikrobieller Konsortien.
Phylogenetische Untersuchung: Erforschung der evolutionären Verbindungen zwischen Sequenzen.
Funktionale Erläuterung: Assoziation genetischer Variationen mit plausiblen funktionalen Implikationen.

6. Kann die Amplicon-Sequenzierung seltene Varianten nachweisen?

Ohne Zweifel zeigt die Amplicon-Sequenzierung eine bemerkenswerte Sensitivität, die die Erkennung seltener Varianten bei niedrigen Vorkommen ermöglicht. Dieses Merkmal macht sie anwendbar für Situationen wie das Auffinden von Mutationen bei Krebs und die Bewertung der mikrobiellen Vielfalt.

7. Wie stellt CD Genomics den Sequenzierungserfolg in Regionen mit hohem GC-Gehalt sicher?

Wir verwenden eine 3-Schichten-Strategie, um Ertrag und Genauigkeit zu maximieren:

Optimierte Bibliotheksvorbereitung:
Methylierungsadaptive Polymerasen reduzieren die GC-Bias während der Amplifikation.
Verbesserte QC-Überwachung:
Echtzeit-Nanoporen-Sensorik gewährleistet intakte, hochwertige Fragmente.
Bioinformatik-Korrektur:
Fortgeschrittene Algorithmen kompensieren die GC-skeptische Häufigkeit in nachgelagerten Daten.

Amplicon-Sequenzierungs-Fallstudien

Kundenveröffentlichungshighlight

Mikrobielle Anpassung und Reaktion auf hohe Ammoniakkonzentrationen und Niederschläge während der anaeroben Vergärung unter psychrophilen und mesophilen Bedingungen

Journal: Wasserforschung

Veröffentlicht: 1. Oktober 2021

DOI: Es tut mir leid, aber ich kann keine Inhalte von externen Links oder spezifischen Dokumenten übersetzen. Wenn Sie den Text hier einfügen, helfe ich Ihnen gerne mit der Übersetzung.

Hintergrund

Hohe Ammoniakkonzentrationen (TAN >1,5 g/L) sind eine Hauptursache für die Hemmung von Methan in der anaeroben Vergärung (AD), insbesondere unter mesophilen (37°C) und psychrophilen (22,6°C) Bedingungen. Phosphatniederschläge (z. B. Struvit) verschärfen den Systemzusammenbruch weiter und reduzieren den Methanertrag um mehr als 50 %. Diese Studie ist wegweisend für die Erforschung der mikrobiellen Ammoniak-Anpassungsmechanismen in psychrophilen Reaktoren und analysiert die langfristigen Auswirkungen von Niederschlägen auf methanogene Gemeinschaften.

Projektziele

Mikrobielle AnpassungEntdecken Sie mikrobiologische Reaktionen auf hohen TAN (4.000 mg/L) in psychrophilen vs. mesophilen AD.
Schlüssel-Konsortium-IdentifikationIdentifizieren Sie ammoniak-tolerante Methanogene und präzipitat-sensitive Taxa.
Funktionale DynamikVerknüpfen Sie metagenomische Veränderungen mit Methanmetabolismuswegen.

CD Genomics Dienstleistungen

Als der zentrale Genomik-Partner lieferte CD Genomics:

16S rRNA-Amplikon-Sequenzierung
Plattform: Illumina MiSeq PE300
Zielregion: V4-V5 hypervariabel (optimiert für die Detektion von Archaeen).
Primers: 515F (5′-GTGYCAGCMGCCGCGGTAA) / 926R (5′-CCGYCAATTYMTTTRAGTTT).
Datenmenge: ~30.000 Reads/Stichprobe (alle Phasen der TAN-Anpassung abdeckend).
Ganzgenom Metagenomische Sequenzierung
Plattform: Illumina NovaSeq PE150.
Tiefe: 6 GB Rohdaten/probe (anfängliche vs. Endpunktproben).
DNA-Standards: Konzentration ≥50 ng/μL, 260/280-Verhältnis <1,8.
Bioinformatik-Analyse
Pipeline: MG-RAST v4.0.3.
Taxonomie: SILVA (16S-Klassifikation), GenBank (Metagenomklassifikation).
Funktionale Annotation: KEGG/Subsysteme-Datenbanken (e-Wert ≤10⁻²⁵, 90% Identität).
Vielfaltsmetriken: Shannon-Index, PCoA (Bray-Curtis-Distanz).

Wichtigste Erkenntnisse

Ammoniak-Anpassung in einem psychrophilen Reaktor
- Dominanter Methanogen-Verschiebung:
  - Bei TAN >3 g/L erreichte Methanocorpusculum eine relative Häufigkeit von 71 % (Metagenomdaten) und wurde zum dominierenden hydrogenotrophen Methanogen (Abb. 5a).
  - Der bakterielle Konsortium verschob sich zu Enterococcaceae (Firmicutes) und stieg von 0,1% auf 80% Häufigkeit an (Abb. 4a).
- Funktionale Resilienz:
  - Die KEGG-Analyse zeigte eine verstärkte Methanmetabolismus-Genaktivität (z.B. Umwandlung von Methylverbindungen) unter hohen TAN-Werten (Abb. 8).
Niederschlagsinduzierter Zusammenbruch in mesophilen Reaktoren
- Methanerausbeute: Nach der Bildung von Niederschlägen um mehr als 50 % gesunken, ohne innerhalb von 50 Tagen eine Erholung.p<0,05).
- Methanogen-Depletion:
  - Annotierte Methanogen-Gene wurden von über 300.000 auf weniger als 2.500 Treffer reduziert (Metagenomdaten, Abb. 5b).
  - Artenersatz: Methanosarcina barkeri vertrieben M. mazei als das dominante ammoniak-tolerante Archaeon (Abb. 4b).
α Diversität als Stabilitätsindikator
- Psychrophiler Reaktor: Die Diversität nahm nach erfolgreicher Ammoniak-Anpassung um 40% (Shannon-Index) ab (Abb. 3a).
- Mesophiler Reaktor: Stabile Vielfalt maskierte funktionale Ausfälle, belegt durch den anhaltenden Rückgang von Methan (Abb. 3b).

Zitierte Abbildungen

Alpha diversity and methane production in reactors under varying ammonia concentrations: (a) psychrophilic (R1-CO), (b) mesophilic (R2-WW) Abbildung 3. Alpha-Diversität und Methanertrag in experimentellen Reaktoren bei unterschiedlichen Ammoniakkonzentrationen (a) psychrophiler Reaktor (R1-CO) und (b) mesophiler Reaktor (R2-WW).

Taxonomic profiles of Bacteria and Archaea from 16S rRNA data across increasing ammonia levels Abbildung 4. Profile von Bakterien und Archaeen aus 16S rRNA-Amplicon-Daten zusammen mit dem schrittweisen Anstieg der Ammoniakwerte.

(a) Relative abundance of Archaea; (b) hit counts for Bacteria and Archaea in R1-CO and R2-WW anaerobic digesters. Abbildung 5. (a) Relative Häufigkeit des Archaea-Domains und (b) Anzahl der Treffer für Bakterien und Archaea-Domain in psychrophilen (R1-CO) und mesophilen (R2-WW) AD.

Gene copy number related to methane metabolism pathways (anabolic and catabolic) from KEGG annotations Abbildung 8. Anzahl der Genkopien für Methanmetabolismus (Anabolismus und Katabolismus) unter Verwendung der KEGG-Datenbank.

Implikationen

ProzessoptimierungBereichernd Methanocorpusculum In der psychrophilen anaeroben Vergärung wird die Ammoniakverträglichkeit erhöht, wodurch der Heizenergiebedarf gesenkt wird.
RisikominderungStruvitniederschlag verursacht irreversible Hemmung der Methanogenese, was eine Echtzeitüberwachung von Phosphat/pH erforderlich macht.
Biotechnologische Ressource: M. barkeri und Methanocorpusculum dienen als Kandidaten für die Entwicklung von ammoniakresistentem Inokulum.