病毒宏基因組學(xué)方法優(yōu)缺點(diǎn)及意義

病毒宏基因組學(xué)方法優(yōu)缺點(diǎn)及意義病毒宏基因組學(xué)方法優(yōu)缺點(diǎn)及意義

隨著時(shí)代的進(jìn)展和生物科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新興的病毒宏基因組學(xué)為解決這些問題供應(yīng)了契機(jī)，以下是一篇關(guān)于病毒宏基因組學(xué)探究的論文范文，供大家閱讀參考。

病毒個(gè)體微小，多數(shù)病毒直徑在100nm(20~200nm)，較大的病毒直徑300~450nm,較小僅為18~22nm,結(jié)構(gòu)簡潔，不能***復(fù)制需要依靠于宿主細(xì)胞復(fù)制繁殖，被很多生物學(xué)家認(rèn)為是處于生命和非生命交叉區(qū)域的存在物。據(jù)估量目前對病毒的發(fā)掘還不到1%,對病毒的討論具有寬闊的前景和現(xiàn)實(shí)意義。病毒獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性給病毒的討論和鑒別帶來很多困難，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，病毒沒有特地的宿主細(xì)胞系，60%以上的病毒無法勝利的進(jìn)行離體培育或在培育中不能表達(dá)致病性;其次，病毒基因本身變異率高，通過與宿主間的相互作用進(jìn)化，增加核酸多樣性，產(chǎn)生新病毒，導(dǎo)致宿主范圍擴(kuò)大、跨物種傳播.對細(xì)菌的討論可以通過保守的16sRNA的分析來定位分類信息、進(jìn)化關(guān)系和種群多樣性等。對于真菌有18sRNA及ITS序列。然而病毒不像細(xì)菌真菌，沒有固定保守的進(jìn)化標(biāo)記基因。

所以一些傳統(tǒng)討論方法的應(yīng)用受到限制，不能完全滿意病毒討論的需要。如電鏡觀看病毒的靈敏性不高，細(xì)胞培育病毒可能觀看不到細(xì)胞病變，血清學(xué)反應(yīng)中不但難以獲得高價(jià)抗體而且簡單消失交叉反應(yīng)導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果，傳統(tǒng)PCR方法對未知序列及高變異的病毒討論難以發(fā)揮作用。加之近年來病毒流行病的頻繁發(fā)生及其可怕的傳染性，對人類及動(dòng)植物的健康產(chǎn)生嚴(yán)峻威逼，如HIV病毒、SARS病毒、禽流感病毒和在西非等地肆虐的埃博拉病毒等，給人們造成了巨大的恐慌和經(jīng)濟(jì)損失。因此，對病毒基因組的討論、致病源的探究、病毒在生物體和環(huán)境中如何存在及傳播、病毒病防治的討論已迫在眉睫。

隨著時(shí)代的進(jìn)展和生物科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新興的病毒宏基因組學(xué)為解決這些問題供應(yīng)了契機(jī)，宏基因組學(xué)(Metagenomics)的概念是1998年由Handelsman首次提出，對特定環(huán)境中基因組的總和進(jìn)行討論，包括培育的和未培育的微生物。病毒宏基因組學(xué)(Viralmetagenomics)就是宏基因組學(xué)在病毒領(lǐng)域的應(yīng)用，即從環(huán)境或生物組織中濃縮病毒粒子的遺傳物質(zhì)進(jìn)行生物學(xué)信息分析的技術(shù)。它的應(yīng)用需要一些交叉學(xué)科的創(chuàng)新技術(shù)的支持，隨機(jī)引物PCR和新一代測序技術(shù)---高通量測序的應(yīng)用大大提高了討論的效率和獵取信息的豐度，克服大環(huán)境中病毒濃度低、易受干擾的不足，拓展了病毒宏基因組學(xué)的應(yīng)用范圍和現(xiàn)實(shí)作用，為探究未知病毒供應(yīng)寬闊的前景和應(yīng)用空間。在人類預(yù)防疾病、開發(fā)***苗方面具有重大貢獻(xiàn)。

1、病毒宏基因組學(xué)的討論過程

對于未知病毒的討論過程如下：SISPA方法是1991年Gregory和Jung在隨機(jī)引物PCR方法的基礎(chǔ)上制造的,SISPA-PCR使用含有已知片段的隨機(jī)引物進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄，這個(gè)已知片段在接下來的PCR反應(yīng)中將作為引物,此方法先后經(jīng)Breitbart和Djikeng等人的改進(jìn)，在SISPA的基礎(chǔ)上建立了RNase、DNase-SISPA聯(lián)用的方法，增加了樣品過濾和DNA酶RNA酶消化等步驟，去除外源污染，發(fā)覺新病毒。高通量測序(High-throughputse-quencing)也稱其次代測序技術(shù)或深度測序,可以對數(shù)百萬個(gè)DNA分子進(jìn)行同時(shí)測序，一次可同時(shí)輸出大量數(shù)據(jù)，打破樣品類型局限，最大限度的富集病毒核酸信息。

樣品通過離心、過濾、核酸酶處理等步驟去除病毒粒子以外的物質(zhì)和背景核酸的干擾,純化和富集病毒粒子，降低錯(cuò)配率，削減數(shù)據(jù)量，提高下游分析速率。所以此步驟的富集效果對后來的高通量測序結(jié)果的序列數(shù)量有打算性影響。將樣品中的病毒粒子富集到106個(gè)mL-1以上為抱負(fù)狀態(tài).然后進(jìn)行核酸DNA和RNA的提取。

病毒基因組比真核和原核宿主短，在核酸制備過程中要盡量去除污染，一個(gè)小的污染可能導(dǎo)致長基因優(yōu)先測序,掩蓋病毒基因，可能導(dǎo)致宏基因組分類組成成分的偏差。選取幾種隨機(jī)單引物對提取的核酸進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄，用Klenow酶合成cD-NA的其次條鏈，然后用相應(yīng)的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，增加樣品中低豐度病毒的檢出率。不同的隨機(jī)擴(kuò)增方法對不同的核酸類型(線型、環(huán)形、ss/dsRNA/DNA)有不同的效率,應(yīng)用多種擴(kuò)增方法和引物可以優(yōu)化檢測大環(huán)境中可能的病毒核酸的靈敏度，增加掩蓋率。產(chǎn)物進(jìn)行凝膠電泳檢測，電泳條帶呈現(xiàn)彌散狀，送生物公司進(jìn)行高通量測序。測序結(jié)果產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的篩選處理和分析是整個(gè)過程的又一關(guān)鍵步驟，假如數(shù)據(jù)分析不好，整個(gè)試驗(yàn)就不能得到抱負(fù)的效果，那么海量的測序數(shù)據(jù)也就失去了意義。

病毒宏基因組的分析流程與一般宏基因組數(shù)據(jù)分析流程相像，包括原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理、基因組裝、功能分類和基因猜測等。但病毒序列存在高變異性。測序序列中也可能存在原病毒的序列，原病毒以溶原態(tài)存在于宿主染色體內(nèi)，這將會(huì)影響病毒基因組與宿主的分別.

對于發(fā)覺新病毒可以將單個(gè)序列和contigs在blastn的nr數(shù)據(jù)庫中比對，假如比對結(jié)果無法推斷出是何種序列，則在blastx的nr數(shù)據(jù)庫中比對，比對的E值假如大于e-5則被認(rèn)為是目前無法確定的生物的基因序列。假如比對的結(jié)果小于e-5又與其最近的那一條的相像性較低，則可能是我們需要關(guān)注的目標(biāo).

2、病毒宏基因組學(xué)方法的優(yōu)勢和局限

2.1優(yōu)勢

傳統(tǒng)方法只能以已知病毒為目標(biāo)，難以發(fā)覺新病毒，而病毒宏基因組學(xué)方法結(jié)合新一代測序技術(shù)和隨機(jī)PCR1的病毒;討論的病毒直接從環(huán)境中獵取，不需要分別培育;可以對環(huán)境中過于分散、豐度低的病毒進(jìn)行系統(tǒng)分析和鑒定。

2.2局限

應(yīng)用病毒宏基因組學(xué)方法進(jìn)行討論，依舊存在一些問題需要進(jìn)一步探究，如從大量環(huán)境中提取樣本方式，隨機(jī)擴(kuò)增方法和引物的選擇能否做到無偏差掩蓋全部病毒，海量測序數(shù)據(jù)的處理，依靠樣品簡單度的生物信息分析等。

3、病毒宏基因組學(xué)的應(yīng)用

病毒宏基因組學(xué)以其顯著的優(yōu)勢在病毒討論的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，如人類、動(dòng)植物健康，水、環(huán)境問題、病毒領(lǐng)域的討論等等。轉(zhuǎn)變著人們對病毒的熟悉，給涉及病毒的很多問題供應(yīng)新的`解決思路。

3.1臨床應(yīng)用

2024年病毒宏基因組學(xué)在人體臨床檢查中第一次應(yīng)用，結(jié)合深度測序檢測器官移植相關(guān)的致死疾病的病原體。利用病毒宏基因組學(xué)對人體的唾液、呼吸道、血液、排泄物的檢測分析，可以發(fā)覺未知和潛在的致病病毒。

Law等對一些肝病患者的血漿進(jìn)行討論，發(fā)覺病毒宏基因組學(xué)方法快速精確?????，還能將檢測范圍擴(kuò)大到其它體液。

單同領(lǐng)依據(jù)病毒宏基因組學(xué)的方法分析了兒童和豬腸道病毒群落，并且確定了致病原的信息。

Zhang等應(yīng)用宏基因組學(xué)在人的糞便中發(fā)覺了大量的植物病毒。

Willner等應(yīng)用宏基因組學(xué)分析了健康和呼吸道感染的人的呼吸道分泌物中的DNA病毒群落。

2024年在沒有先驗(yàn)信息的條件下，應(yīng)用病毒宏基因組學(xué)獲得了流感病毒的全部基因。討論者還通過監(jiān)測特定區(qū)域內(nèi)已知傳染人、動(dòng)植物病毒的昆蟲媒介攜帶的病毒,來檢測相關(guān)病毒的流行和預(yù)防，為突發(fā)病原體的鑒定供應(yīng)方向。蝙蝠作為許多人獸共患病(例如埃博拉病毒、嚴(yán)峻急性呼吸系統(tǒng)綜合征(SARS)病毒和尼帕病毒)的自然傳播宿主，故蝙蝠體內(nèi)的病毒多樣性成為學(xué)者討論的熱點(diǎn)。

2024年，Li等和Donaldson等應(yīng)用病毒宏基因組學(xué)的方法分別討論了北美蝙蝠糞便中的病毒群落。發(fā)覺了大量新的哺***動(dòng)物病毒、昆蟲病毒和植物病毒，Donaldson還發(fā)覺了一株新的***病毒。

2024年，楊凡力等應(yīng)用病毒宏基因組學(xué)的方法討論吉林、云南、湖南采集的蝙蝠組1小雙節(jié)RNA病毒、圓環(huán)病毒等新病毒。

2000年用病毒宏基因組學(xué)方法對埃博拉病毒進(jìn)行了鑒定.

3.2環(huán)境問題

病毒能夠反抗許多常規(guī)水處理系統(tǒng)在水中頑固存留，利用病毒宏基因組學(xué)快速檢測水環(huán)境中的病原體，得到的宏基因組數(shù)據(jù)可以作為排泄物污染的指標(biāo)，以此檢測水質(zhì)量。

Rosario等應(yīng)用宏基因組學(xué)在廢水處理廠的污水中發(fā)覺了大量的來自動(dòng)植物和人的致病性病毒，從而認(rèn)為污水可能是病毒傳播的一種途徑。

3.3病毒討論

目前科學(xué)家正在進(jìn)展功能病毒宏基因組學(xué)，來發(fā)掘新病毒的功能酶,用于診斷和生物科學(xué)討論。利用病毒宏基因組學(xué)可以開發(fā)不同環(huán)境中的各種病毒如海洋、溫泉、巖石層、地下和高溫環(huán)境等，為討論病毒學(xué)的分類和進(jìn)化供應(yīng)方法。

通過對環(huán)境病毒宏基因組學(xué)的討論，可以了解環(huán)境中病毒的有機(jī)構(gòu)成、進(jìn)化關(guān)系，進(jìn)而把握病毒的分布、變化動(dòng)態(tài)和進(jìn)化狀況，追蹤一些病原體的原始自然宿主，以便準(zhǔn)時(shí)防控和猜測一些常發(fā)和新發(fā)病毒病，還可以通過轉(zhuǎn)變病變環(huán)境中的微生物群落來對抗病理性群落，從而達(dá)到改善病情甚至是***的效果.

4、病毒宏基因組學(xué)的討論意義

病毒宏基因組學(xué)的應(yīng)用為病毒生態(tài)學(xué)在討論遺傳潛力、病毒群落組成和結(jié)構(gòu)以及環(huán)境病地理學(xué)等問題供應(yīng)寬闊的前景和方向。病毒宏基因組學(xué)還涉及了病毒和宿主之間的相互作用，病毒一些暴露在外的基因可能以某種未知的方式操控宿主，這對一些疾病的致病機(jī)理的分析、制定有效的***方法具有重大意義。病毒宏基因組學(xué)發(fā)覺病毒的潛力能夠推動(dòng)很多相關(guān)學(xué)科的進(jìn)展，如進(jìn)化生物學(xué)、病原體的檢測和生物技術(shù)。

病毒宏基因組學(xué)對肯定環(huán)境內(nèi)的全部病毒的討論起到了里程碑式的作用，此環(huán)境可以是海洋、土壤等無機(jī)環(huán)境，也可以是各種生物體的組織等有機(jī)環(huán)境。在病毒討論領(lǐng)域具有劃時(shí)代意義。

5、展望

隨著生物科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，一些交叉學(xué)科創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)覺，能夠更加完善病毒宏基因組學(xué)的討論體系，例如搭建更為豐富的微生物基因組數(shù)據(jù)庫，開發(fā)病毒宏基因組學(xué)檢測領(lǐng)域的分析工具，將宏基因組學(xué)與宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)、宏蛋白組學(xué)等技術(shù)結(jié)合起來在組學(xué)討論的多個(gè)層面上探究微生物的多樣性等，使此項(xiàng)技術(shù)能夠更廣泛更精確?