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Tecnologia di sequenziamento metagenomico
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Tecnologia di sequenziamento metagenomico
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Dagli ultimi tre decenni, lo studio dell'istologia è sempre stato un tema caldo di ricerca. La prima emergente è la genomica, poi la proteomica, e ora il campo emergente di applicazione più caldo dell'istologia è la metagenomica. La metagenomica utilizza la tecnologia di sequenziamento di nuova generazione ad alto rendimento (NGS) per studiare i genomi delle popolazioni microbiche in ambienti specifici, ed esplora ulteriormente le attività funzionali, le interazioni e le relazioni tra le popolazioni microbiche e i loro ambienti per scoprire il potenziale significato biologico basato sull'analisi della diversità microbica, della struttura della popolazione e delle relazioni evolutive. Rispetto ai tradizionali metodi di ricerca microbica, la tecnologia di sequenziamento metagenomico aggira gli svantaggi che la maggior parte dei microrganismi non può essere coltivata e i batteri in traccia non possono essere rilevati, quindi è stata ampiamente utilizzata nella ricerca microbiologica ambientale negli ultimi anni.
I. Vantaggi tecnici
I microrganismi includono un grande gruppo di organismi tra cui batteri, funghi e alcuni piccoli protozoi, alghe microscopiche e virus, che sono minuscoli, diversi e strettamente correlati all'uomo. I metodi tradizionali per la diagnosi microbica sono l'esame colturale e il test di sensibilità ai farmaci, ma il tasso di positività è solo del 10% circa; un altro è il test PCR, che è significativamente migliore del metodo colturale in termini di sensibilità, specificità e tempo di rilevamento, ma poiché il metodo si basa sulla sequenza del genoma di batteri patogeni noti, le informazioni fornite sono limitate e non possono ancora risolvere il problema del basso tasso di positività della diagnosi clinica; inoltre, l'individuazione di infezioni miste e microrganismi patogeni sconosciuti è un ostacolo insormontabile per i metodi di rilevamento tradizionali. Le limitazioni dei metodi di test clinici spesso portano a medicazioni errate e trattamenti ritardati, quindi è urgente sviluppare nuovi metodi di test per soddisfare le esigenze cliniche il più presto possibile
Il sequenziamento metagenomico (mNGS) può descrivere tutte le informazioni di DNA o RNA presenti in un campione, permettendo l'analisi dell'intero microbioma così come il genoma dell'ospite umano o il trascrittoma nei campioni dei pazienti, permettendo ai microrganismi che causano malattie di essere visibili. La tecnologia del sequenziamento metagenomico (mNGS) ha i seguenti vantaggi principali rispetto ai metodi tradizionali di rilevamento microbico
1. Nessun bias di rilevamento, in grado di rilevare geneticamente tutti i microrganismi nell'ambiente
2. Indipendente dalla cultura, può rilevare specie non coltivabili, può rilevare microrganismi in tracce
3. In grado di rilevare tutte le sequenze del genoma testato
4. Capacità di rilevare agenti patogeni nuovi o rari
II. Procedure tecniche
L'intero processo di mNGS è diviso in esperimenti asciutti e bagnati, e l'intero processo è sotto controllo di qualità. L'esperimento umido inizia dalla ricezione dei campioni, l'elaborazione specifica per i diversi tipi di campioni, l'estrazione degli acidi nucleici per la preparazione della libreria, e poi il sequenziamento sulla macchina; l'esperimento secco include l'analisi dei dati offline, le sequenze di rimozione dell'ospite, il confronto con i database di microbi patogeni e di resistenza ai farmaci, l'identificazione delle specie e l'identificazione della resistenza ai farmaci, e infine l'interpretazione del rapporto.
III. Applicazione
Ci sono molti tipi di microrganismi, che sono ampiamente coinvolti in molti campi come cibo, medicina, industria e agricoltura, e protezione ambientale. Pertanto, i campi di applicazione della tecnologia mNGS sono anche abbastanza estesi.
1. Campo medico: ricerca sulle malattie metaboliche, ricerca sul cancro del tumore, sviluppo di farmaci per il tumore, ecc.
2. Settore zootecnico: intestino, rumine (ad esempio taxa metanogenici) e salute animale/ricerca sulla digestione nutrizionale, ecc.
3. Settore agricolo: ricerca sulle interazioni microbiche-pianta, lavorazione agricola, trattamento di fertilizzazione e comunità microbiche del suolo, ecc.
4. Settore ambientale: trattamento della foschia, trattamento delle acque reflue, degradazione del petrolio, trattamento delle acque minerali acide e ricerca sull'ambiente marino, ecc.
5. Bioenergia: ricerca su ceppi funzionali speciali, estrazione di geni, sviluppo di batteri di ingegneria.
6. Speciale ambiente estremo: ricerca sui taxa microbici in condizioni ambientali estreme.