宏基因組測序技術不斷突破 環境微生物學研究應用廣泛

宏基因組(Metagenomics)，也稱元基因組，是指生態環境中全部微生物基因組的總和。宏基因組學以基因組學技術為基礎，研究環境中微生物的多樣性、種群關係、功能關係及與環境間的關係，無需人工培養微生物，直接提取環境中微生物混合基因組DNA並測序，從群落水平上解析微生物活動，挖掘微生物新資源。

宏基因組測序簡稱mNGS，英文全稱Metagenomic next-generation sequencing，與傳統微生物研究方法相比，宏基因組測序技術規避了絕大部分微生物不能培養、痕量菌無法檢測的缺點，因此近年來在環境微生物學研究中得到了廣泛應用。宏基因組測序的主要應用領域包括醫學、畜牧、農業、環境、生物能源與特殊極端環境的研究等。

其中，醫學領域主要應用於代謝病研究、腫瘤癌症研究等；畜牧領域主要應用於腸道、瘤胃(如產甲烷菌類群)與動物健康/營養消化研究等；農業領域主要應用於根據微生物與植物互作、農業耕作/施肥處理與土壤微生物群落研究等；環境領域主要應用於霧霾處理、污水治理、石油降解、酸性礦水處理及海洋環境研究等；生物能源領域主要應用於特殊功能的菌株、基因挖掘、工程菌的開發研究；特殊極端環境的研究主要集中於極端環境條件下的微生物類群研究中。

宏基因組學研究的兩個主要策略是全基因組測序分析與16S rDNA測序分析，分別以環境樣品中全部DNA序列和16S rDNA序列為研究對象。兩種測序分析策略直接提取環境樣品中全部基因組DNA，全基因組測序分析經酶切或超聲波打斷DNA，16S rDNA測序分析經16S rDNA可變區PCR擴增，建立質粒文庫並測序，去噪處理測序數據；全基因組測序分析拼裝去噪序列並進行基因預測，利用比對和資料庫搜索分析方法對預測基因進行功能注釋和分類注釋；16S rDNA測序分析聚類分析去噪序列，生成操作分類單元，開展多樣性和系統發育樹構建等後續分析。

新思界產業研究中心出具的《2022年全球及中國宏基因組測序產業深度研究報告》顯示，國內宏基因組測序市場中的主要競爭者有：華大基因、予果生物、金域醫學、微遠基因、博奧生物、傑毅生物、金匙基因、微岩醫學等。其中，華大基因是全球領先的基因組學測試和研究服務提供商，依靠高通量測序平台，結合mNGS技術，也是第一個推出主要產品PMseq®高通量病原微生物基因檢測的公司。予果生物成立於2017年2月，是國內最早將游離核苷cell-free宏基因組高通量測序技術mNGS轉化於臨床的企業，也是少數具備自研算法能力的團隊，為科技部「十三五」國家重點研發項目中唯一的病原宏基因組測序企業。