告诉你宏基因组的真相

自从科学家们在2003年完成人类全基因组图谱以来，DNA测序领域已经涌现出大量新的方法和技术，来帮助我们寻求疾病进化的遗传线索，以及其他的生物学奥秘。

我们正在使用的机器变得更小、更快和更便宜。然而，DNA链分解和重组的过程，仍然存在误差。

当研究大多数细菌都共有的一个基因――16S rRNA基因时，获得一个准确的描述，是一个精密的过程。

美国弗吉尼亚联邦大学（VCU）人文科学学院统计科学和运筹学系副教授Paul Brooks博士指出：“当提到16S时，就好像房间里的大象（是一个英国的谚语，用来形容一个明明存在的问题，却被人刻意的回避及无视的情形）。科学家知道存在准确性问题，但他们不喜欢谈论它。”

最近，Brooks和同事们在《BMC Microbiology》发表的一项研究中讨论了这个问题。这项研究题为“The Truth about Metagenomics: Quantifying and Counteracting Bias in 16S rRNA Studies”，描述了一个过程，将实验和统计学相结合，来解释和降低DNA分析中的偏差。

Brooks说：“技术发展地很快，没有弄清楚上一件事情中的问题，人们很难继续接下来的事情。我们只是想更清楚地认识这些技术。”

Brooks是VCU阴道微生物研究项目的成员，该项目专注于女性健康。例如，最近的研究偏向于研究对阴道微生物至关重要的七个菌株。这些微生物执行必要的生物学功能，但有一些可能是致病的。

因此，科学家从样本中提取DNA样本并进行测序，以探讨他们是否能识别可致病的基因突变或其他基因活动。研究阴道微生物组中的细菌，将帮助研究人员更好地了解早产、性传播疾病和其他女性健康问题。

Brooks及同事研究了相关的整个过程：从样品中提取DNA，扩增并测序和对其分类。这些步骤都会以不同的方式影响细菌，会引起偏差。例如，在DNA提取过程中，一些细菌比其他细菌更容易提取DNA。

在扩增时，科学家使用一个过程称为聚合酶链反应――一种快速和自动化的方法，产生许多DNA片段的拷贝。更少的循环周期，可能减少偏差，但这可能意味着会漏掉一个较为罕见菌株。

在最近的研究中，研究人员使用含有不同数量细菌的样品的混合物。让这些混合物通过常见的处理程序，以探讨到底发生了什么。这是一个具体事实和观察之间的平衡。

研究人员从一个输入开始，在这种情况下，是在一个给定混合物中的细菌比例。利用观测到的数据，研究人员构建了统计模型，来预测经过测序过程的一份样品中的细菌比例。

本文共同作者David J. Edwards博士说：“我们也可以利用这些数据来建立逆模型。那就是，我们试图用另外一种方式。换句话说，为了模拟真相，我们可以采取实际上观察到的细菌比例吗？”

该模型是基于化工行业常用的混合实验，用于确定汽油、油漆或酒配方的种类。

Edwards说：“比如说烤饼干。你会将不同的材料混合在一起，像面粉、牛奶、黄油、鸡蛋和巧克力薯条。为了找出曲奇面团的最佳配方，你可以做一个实验，将这些成分按不同的比例混合。显然，由100%牛奶作出的曲奇面团，不会为我们做任何事情。我怀疑，1/3的面粉、1/3的牛奶、1/3的黄油，味道也会很好。”

该模型使研究人员能够根据一个很小的样本，对存在于整个菌群中的细菌有了一个更好的了解。Brooks说：“你在样品中观察到的结果，不一定准确。”甚至当科学家利用各种提取试剂盒来补偿偏差时，仍时有“陷阱”发生。

Brooks说：“如果你有一个DNA池，你去钓16S基因，你使用的‘诱饵’将影响这个过程。不管你选择什么方法，都会有偏差。”

关于宏基因组学的真相是，宏基因组学是指分析从环境中采集的遗传材料。基因组是一个生物体的整个遗传组成，Brooks小组的研究集中在16S rRNA基因。

Brooks说：“这无疑是一个煽动性的标题。但是通过靶定一个基因，我们可以找出有哪些基因组在那里。”

研究人员正在推动他们的模型，对其进行设计，在最近的研究中分析了七种细菌。他们希望进行更多的实验，来开发可以适用于任何环境和任何细菌的模型。

Brooks说：“我们还有很多想要回答的问题。我的梦想是，将这种有普遍性的质量控制，用于可重复性的研究。但是，如果我们要这样做，我们就需要确保，我们正在观察的菌群组成，能够反映真实的环境。”（转化医学网360zhyx.com）