Vollständige 16S-Amplikon-Sequenzierung bietet eine neue Idee für die mikroökologische Forschung

Basierend auf PacBio und Nanopore Sequenzierungsplattform kann die mikrobielle Vielfalt aufdecken durch Vollständige Amplifikation aller V1-V9 Variablenregionen des 16S In Prokaryoten oder 18S hochvariable Regionen oder ITS-Regionen in Eukaryoten durch die Verwendung der Einzelmolekül-Echtzeit-Sequenzierungsmethode, die nicht nur die Auflösung der Artenidentifikation verbessern kann, sondern auch die Genauigkeit der Identifikation der mikrobiellen Zusammensetzung in Proben erhöhen kann, um die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur umfassender widerzuspiegeln.

Vollständige 16S-Sequenzierung für genauere Artenvorhersage

Kürzlich verwendeten Forscher simulierte bakterielle Gemeinschaften, Fäkalien von 4 gesunden Personen und 381 isolierte Stämme, um das taxonomische Potenzial des 16S-Gens auf Arten- und Stammniveau anhand biogener Analysen und Sequenzierungsexperimenten neu zu bewerten. Sie fanden heraus, dass nur einige variable Regionen Arten unterscheiden konnten. Die Ergebnisse zeigten, dass solche intragenomischen 16S-Gengenvarianten in Taxa, die aus dem menschlichen Mikrobiom isoliert wurden, hochgradig verbreitet sind, was darauf hindeutet, dass sie zur Verbesserung der Unterscheidung zwischen Arten und sogar Stämmen in 16S-Gen-basierten Mikrobiomstudien verwendet werden können. Darüber hinaus haben verschiedene variable Regionen unterschiedliche Fähigkeiten zur Artenklassifizierung, während die vollständige Länge des 16S alle Sequenzen spezifischen Arten zuordnen kann, was entscheidend für die Entdeckung neuer Arten ist.

Die vollständige 16S-Sequenzierung zeigt die mikrobielle Gemeinschaft.

Eine aktuelle Studie diskutiert, ob die mütterliche fäkale und vaginale Mikrobiota vertikal von der Mutter auf das Kind übertragen wird oder ob sie durch Laborreagenzien oder DNA-Kontaminationen, die während der Entbindung erworben wurden, entstanden ist. Die Unfähigkeit der herkömmlichen Amplicon-Sequenzierung der zweiten Generation, echte Signale über die Hintergrundkontaminationsniveaus hinaus genau zu unterscheiden, hat die Genauigkeit der Analyse von Mikrobiomgemeinschaften in Proben mit niedriger Mikrobiom-Biomasse (z. B. Plazenta, Fruchtwasser, Mekonium) beeinträchtigt. Die Forscher analysierten die Mikrobiota-Profile mit hoher taxonomischer Auflösung von Proben von 39 Mutter-Neugeborenen-Paaren und hatten das Ziel, den mütterlichen Ursprung der Mikrobiota des Neugeborenen-Mekoniums mithilfe der PacBio-Technologie zur Einzelmolekül-Echtzeit-Zirkular-Konsens-Sequenzierung zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Mekonium-Mikrobiota aus mehreren mütterlichen Körperstellen stammt und dass die Mikrobiota des Fruchtwassers am meisten zur Besiedelung der Mekonium-Mikrobiota unter den untersuchten mütterlichen Körperstellen beigetragen hat. Darüber hinaus hat die Langlese-Langsequenzierungstechnologie potenzielle Vorteile bei der Verringerung des Kontaminationsrisikos von Proben mit niedriger Mikrobiom-Biomasse. Daher wurde in dieser Arbeit die vollständige Länge der 16S-rRNA verwendet, um die Mikrobiota-Gemeinschaft verschiedener Proben zu analysieren, was genauere Daten auf Stammebene liefert und die Mikrobiota-Gemeinschaft wahrheitsgetreuer wiederherstellt.

Die vollständige 16S-Sequenzierung hilft dabei, mehr nützliche Populationsressourcen zu erschließen.

Aufgrund der niedrigen phylogenetischen Auflösung der traditionellen Amplicon-Sequenzierung der zweiten Generation wurde zur Verbesserung des Verständnisses der Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft in anaeroben Vergärern PacBio-Sequel verwendet, um das vollständige 16S rRNA-Gen-Amplicon zu sequenzieren und Schlammproben aus 19 anaeroben Vergärern weltweit zu sequenzieren. Sechzehn methanogene Archaeen wurden auf Artenebene identifiziert, darunter solche, die von der zweiten Generation vernachlässigt wurden. Die einzigartige Vielfalt in Fermentern, Syntrophen und Methanogenen von anaeroben Vergärern, die mit den Betriebsbedingungen verbunden ist, wurde angesprochen. Diese Ergebnisse zeigten übersehene Mikrobiome auf und verknüpften diese mit den Vergärungsprozessen durch die vollständige 16S rRNA-Amplicon-PacBio-Sequel-Sequenzierung.

Die 16S-Amplifikationssequenzierung ist eine sehr nützliche ergänzende Technik zur genomweiten Sequenzierung, die den experimentellen Prozess und die Analyseziele erheblich vereinfacht. Diese Technologie hat sich als schnell und effektiv erwiesen und spielt eine einzigartige Rolle in der nächsten Generation der Hochdurchsatzsequenzierung. Sie hat viele aufregende neue Entdeckungen hervorgebracht und wird zunehmend in einer Vielzahl von Bereichen angewendet.

Referenzen:

1. Er, Qiuwen u. a. "Die Mekonium-Mikrobiota weist mehr Gemeinsamkeiten mit der Mikrobiota des Fruchtwassers auf als mit der mütterlichen Fäkal- und Vaginalmikrobiota." Gutmikroben Bd. 12,1 (2020): 1794266.
2. Johnson, Jethro S. u. a. "Bewertung der 16S rRNA-Gensequenzierung für die Analyse von Mikrobiomen auf Arten- und Stammbasis." Naturkommunikationen Bd. 10,1 5029. 6. Nov. 2019
3. Lam, Theo Y C u. a. "Überlegene Auflösung der Charakterisierung mikrobieller Vielfalt in anaeroben Vergärern durch vollständige 16S rRNA-Gen-Amplicon-Sequenzierung." Wasserforschung Bd. 178 (2020): 115815.