The field of microbiome research has evolved at a tremendous pace in recent decades, with mounting evidence that our microbial communities have a profound impact on our health.

“To put it into context, we have a ballpark figure that the microbiome is about 150 times bigger than the human genome,” says Lindsay Hall, Microbiome Group Leader at the Quadram Institute, Norwich, UK. “So that begins to give a bit of an idea that it might be quite important for us!”

Huge advances in sequencing technologies, paired with dramatic decreases in costs, have opened the door to studies exploring the collection of microbes that live on and within our bodies more comprehensively than ever before.

霍尔解释说：“我们很长一段时间以来都知道这些社区对我们的健康很重要，但是试图解决赌欧洲杯赔率他们的复杂性非常困难。”“但是我们现在可以钻探并查看这些微生物，看看它们对我们的健康有什么影响。”

提高我们的知识of how the composition and function我们的微生物组can influence aspects of our physiology开发预防和治疗各种医疗状况的新方法（例如传染病，癌症，心理健康疾病和自身免疫性状况）拥有巨大的希望。

测序“暗物质”

尽管微生物组的研究绝不是新的，但多年来的科学家受到可用于研究它的传统微生物学方法的限制。

“问题在于，在标准条件下，不可能培养大部分微生物群，”德国斯图加特·霍恩海姆大学营养学教授W. Florian Fricke解释说。“所以很长一段时间，那部分被忽略了。”

但是大约十年前，下一代测序（NGS）技术的引入加速了对微生物组的隐藏部分的研究。

“We can now actually analyze microbial communities without having to grow them in the lab,” explains Alex Almeida, Postdoctoral Research Fellow at the European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) in Cambridge, UK. “This has allowed us to examine the diversity of the microbiome to a much greater depth.”

研究人员使用两个主要 NGS approaches to analyze the microbiome . Metagenomics involves sequencing all of the DNA within a sample, while amplicon sequencing looks at specific bacterial "fingerprints" – typically by amplifying and sequencing fragments of the 16S rRNA gene.

弗里克解释说：“宏基因组学更为昂贵，但提供了样品中微生物群落的深刻，完整的图像，因此不仅细菌，而且还提供了其他生物（例如病毒）。”“扩增子测序越来越快，可以告诉您存在哪些细菌物种及其相对丰度。”

宏基因组学产生了一系列短的DNA片段，然后科学家试图将其分解成各个细菌基因组。

“When you sequence a complex community like the human gut, you get lots of different bits and pieces from many different species,” explains Almeida. “On the computational side, we need to disentangle this diversity to try to tease apart the individual organisms.”

但 newer technologies can generate much longer sequences , enabling much greater resolution and accuracy. And chromosomal conformation capture techniques, such as Hi-C, 可以提供有关样品中两个片段现实生活的线索。

“如果我们知道两个DNA分子更近，我们就有更大的假设，即它们属于同一生物体，这可以改善分析，” Almeida解释说。“这些技术使我们能够为我们可以检索的测序数据添加另一个维度。”

Ongoing challenges

NGS技术与生物信息学结合，导致对世界各地实验室微生物组的研究爆炸。

Almeida说：“每个月都会对成千上万的样本进行测序并释放到公共领域。”“能够始终如一地分析他们并重现不同团队所做的结果是该领域的巨大挑战。”

为了帮助解决这个问题，Almeida在EBI的团队负责 mgnify 这是一个用于微生物组衍生的测序数据的集中式枢纽，正如他所解释的那样，“一种自由资源，使研究人员能够以一致的方式存入和分析其数据。”

尽管高级测序技术的出现为比以往任何时候都更深入地探索微生物组打开了大门，但微生物群落的几个方面仍然无法访问。赌欧洲杯赔率

霍尔说：“我们仍然得到很多'未知'序列，因此我们可能知道它是细菌的，但我们不知道它是什么物种。”“增加参考数据库将有所帮助，但这将需要更多的文化。”

另一个限制是，当前的方法通常导致产生组成数据，而不是有关样品中微生物的绝对定量信息。

弗里克解释说：“您通常不会保留分析的微生物组原始数量的信息，因此最终，您只能获得一定百分比的总数。”“因此，我们可能会发现20％是细菌X，而30％是细菌Y - 但我们最终得到了相对丰富的物种目录。”

为了解决微生物组的全部复杂性，研究人员将需要开发新的方法，使他们能够发现主要微生物组之间的定量关系。

微生物中的最佳实践样品制备使用Preacellys®均化器样品制备

可重复的微生物的分析取决于坚固且无偏的微生物组工作流程。细胞裂解是从样品中提取DNA，RNA，蛋白质或活细菌的重要步骤。使用珠子（珠子跳动）的机械裂解被认为是裂解各种细胞和微生物的金标准方法。下载此白皮书以发现一种使用3D Bead Beating技术来达到此高标准的乐器。

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微生物组分析的巨大进展

尽管有这些挑战，研究人员在建立我们对微生物组的理解方面仍取得了令人难以置信的进步。例如，阿尔梅达（Almeida）是一个最近发布的团队的一员 大规模测序项目涉及重建来自11,850人的92,143个元基因组组装的肠道基因组 .

Almeida说：“我们现在有了人类肠道微生物组的更全面的地图，我们发现了将近2,000种以前未知的细菌物种，实质上扩大了集体肠道微生物群的已知曲目。”

但是，小型设备的开发是测序技术的最新范式转变 - 为研究人员开发了开拓性解决方案以解决现实世界中的问题的新机会。

Almeida说：“现在有新的设备大约是USB棒的大小。”“这些技术使得可以在现场收集样品并实时分析样本，而不是将它们发送回实验室。”

As proof-of-principle of what these cutting-edge technologies could offer in a clinical setting, Hall’s team recently showed that it is possible to carry out metagenomics to rapidly and reliably 识别早产婴儿凳子中存在的微生物，可能会导致威胁生命的状况 .

“We used a sequencing device coupled with bespoke software to analyze the data in less than five hours,” explains Hall. “Our method also uncovers the presence of antimicrobial resistance genes, which is vital information for doctors to select what antibiotics are going to be the most effective at killing it.”

“谨慎的乐观”

得益于测序技术及其计算分析的巨大进步，我们对居住在人体的微生物群落的理解在近几十年来大大改善。赌欧洲杯赔率

“我们在生活中的地球上拥有最密集的殖民地生态系统，这有点令人难以置信！”霍尔说。“因此，了解他们是谁以及他们为我们做什么非常重要 - 这些新技术使我们能够弄清楚那里有什么或在做什么。”

使用该信息可以使开发新的医疗干预措施的诱人机会，这可以改变我们防止或治疗许多不同疾病的方法。

“I’m very, very excited about the potential of the microbiome,” says Almeida. “It could be revolutionary, although we have to be cognizant that there is a lot of progress that still needs to be made.”