黑龙江中医药大学，黑龙江 哈尔滨150040
摘要：宏基因组学主要是环境中全部微生物样本遗传物质进行测定，同时对微生物多样性、菌群结构以及功能活性等方面进行分析。本文综述了宏基因技术在微生物发酵、活性物质开发以及肠道微生物等方面的应用，为宏基因技术在未来微生物研究中提供方向。
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关键词：宏基因组学，高通量测序，微生物
Progress in the application of metagenomics technology
Chen Lei
(Heilongjiang University of Chinese Medicin，Harbin 150040, China)
Abstract : Metagenomics mainly measures the genetic material of all microbial samples in the environment, and analyzes microbial diversity, bacterial structure and functional activity.This paper reviews the application of metagenomics technology in microbial fermentation, active substance development, and intestinal microbes, and provided direction for macrogene technology in future microbial research.
Key words：metagenomics, high-throughput sequencing technology, microbe
随着高通量测序技术的发展和对环境微生物研究的不断深入，微生物研究迎来了宏基因组学的时代。宏基因技术克服了传统微生物研究需要分离培养和提纯的缺陷，可以对环境中全部微生物的遗传物质总和进行测定，进而对微生物菌群结构、生物多样性、进化关系、相互协作关系以及功能活性，宏基因组学也被认为是近期微生物研究的的革命性突破。
1.宏基因组学在微生物发酵中的应用
食品药品发酵主要是利用微生物可以在不同条件下进行生命活动，在发酵过程中，发酵菌种及其代谢物的组成，会影响发酵产品的外观、口感、气味等。
Zhao等[1]人利用宏基因技术对普洱茶发酵过程中的微生物群落结构进行了研究，发现普洱茶发酵的优势细菌和真菌分别是变形杆菌和曲霉。宏基因技术可以对发酵过程的品质动态变化规律进行研究，评估其不同发酵阶段的菌群结构变化，获得发酵优势微生物的种类和相对丰度，且利用宏基因组学功能注释的结果，对发酵过程中微生物活动对发酵产物的氨基酸、颜色和风味等可能产生的影响进行了探究[2]。利用微生物对发酵品质的影响的结果可以在发酵过程中采取干预措施，来建立一个一致的更优的发酵方法。
2.宏基因组学在活性物质开发中的应用
宏基因技术最大的优点是克服了许多微生物的不能培养的缺点，使微生物基因组成为新型丰富的天然物质发现的资源库。宏基因组学可以对环境中所有微生物的功能基因进行分析，可能得到有价值的的酶类。
宏基因组技术从环境微生物中直接提取DNA，构建基因文库，Hong等人证明了宏基因技术从森林土壤微生物中克隆基因的可能性，并得到四个可以在脂肪酶IV家族中编码激素敏感脂肪酶（HSL）的基因[3]。郭鸿[4]等人利用宏基因组技术构建了水牛瘤胃微生物基因组文库，从中发现了1个在PH5.0、37℃时活性较强的编码β-葡萄糖苷酶活性的基因的ORF，该酶在用SSCF（同步糖化共发酵）工艺发酵生产酒精中有潜在的应用价值。
3.宏基因在医学健康研究中的应用
人体表面和体内存在许多与人类健康息息相关的微生物，这些微生物在人体内呈稳定的平衡状态，当这种平衡被打破，就会引发各种疾病。宏基因组学技术可以深入了解人体内微生物的菌落结构与功能，更好的揭示微生物与人体健康的关系，为疾病的防治提供新的参考。
对胖人和瘦人人体内脏微生物菌群进行比较发现，这两种人群体内的微生物菌群结构有一定的差异，而且当胖人减肥后，内脏中的微生物群落基因也会向接近瘦人机体内微生物群落基因的方向变化[5]。Qin等[6]人对345名II型糖尿病患者的肠道微生物DNA进行了宏基因检测，患者肠道微生物中产生丁酸盐的细菌丰度减少，硫酸盐还原和抗氧化应激抗性等功能基因增多，各种机会致病菌增多，并发现了相关标志基因可能有助于对II型糖尿病进行分类。
4.展望
宏基因组技术为研究者们研究了某些特定环境中的微生物多样性和结构，为探索更好的微生物发酵方法，提供了技术条件。对传统培养方法无法培养的微生物的遗传物质进行分析，也可以对原本不活跃无法表达的基因进行重组使其表达，帮助研究者们筛选获得大量新的功能基因和活性物质。
参考文献
[1] Zhao M , Zhang D L , Su X Q , et al. An Integrated Metagenomics/Metaproteomics Investigation of the Microbial Communities and Enzymes in Solid-state Fermentation of Pu-erh tea[J]. Scientific Reports, 2015, 5:10117.
[2]姚英政.四川冬菜腌制过程品质动态变化及微生物宏基因组研究[D].华中农业大学,2015.
[3] Hong K S , Lim H K , Chung E J , et al. Selection and characterization of forest soil metagenome genes encoding lipolytic enzymes[J]. Journal of Microbiology and Biotechnology, 2007, 17(10):1655-1660.
[4]郭鸿,封毅,莫新春,段承杰,唐纪良,冯家勋.水牛瘤胃宏基因组的一个新的β-葡萄糖苷酶基因umcel3G的克隆、表达及其表达产物的酶学特性[J].生物工程学报,2008(02):232-238.
[5] Turnbaugh P J , Hamady M , Yatsunenko T , et al. A core gut microbiome in obese and lean twins[J]. Nature, 2009, 457(7228):480.
[6]Qin J , Li Y , Cai Z , et al. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes[J]. Nature, 2012, 490(7418).
论文作者:陈蕾
论文发表刊物:《健康世界》2019年第03期
论文发表时间:2019/4/25
标签：宏基论文; 微生物论文; 基因论文; 技术论文; 活性论文; 结构论文; 遗传物质论文; 《健康世界》2019年第03期论文;