宏基因组学

宏基因组学

宏基因组学（Metagenomics），又称微生物环境基因组学、元基因组学，是通过直接提取环境样本中全部微生物DNA进行研究的新兴学科。该概念由威斯康辛大学Jo Handelsman等于1998年首次提出，研究对象为环境中所有微生物群体的基因组总和，无需微生物分离培养，可研究占自然界微生物总量99%以上的未培养微生物 。其技术核心包括高通量测序、宏基因组文库构建及生物信息学分析，涵盖DNA提取、功能基因筛选和全基因组测序等流程 。发展的MetaKSSD技术实现高效数据处理，大幅提升大规模样本处理效率 。

该学科早期依赖16S rRNA基因测序分析微生物多样性，基于rDNA数据库引物设计的系统学分析方法与新一代测序技术相结合，实现了环境样本中全部微生物遗传组成的系统性研究 。研究范围覆盖海洋、土壤、极端环境及人体微生物群，例如在肠道噬菌体组中发现crAssphage及第二常见的Gubaphage等核心噬菌体分布差异 。应用领域涉及生物能源开发、环境修复（如污水处理中的除磷菌群）、医学研究（如病原微生物耐药表型预测及儿童发育迟缓关联分析）、临床诊断（如脑脊液钩端螺旋体检测）以及通过构建宏基因组文库筛选新型活性物质 。

宏基因组文库构建技术包括Cosmid、BAC等载体系统，采用冻融法、beating法等保持DNA大片段完整性，常用Phi29扩增浓缩环境样本DNA 。长读长测序技术的应用使完整微生物基因组恢复数量提升50倍，推动儿科营养不良微生物组目录及病毒-宿主相互作用研究的发展 。

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