Giới thiệu

Các cộng đồng vi sinh vật là những hệ sinh thái phức tạp và đa dạng đóng vai trò quan trọng trong nhiều khía cạnh của cuộc sống, từ việc duy trì sức khỏe cho đến đẩy mạnh quá trình sinh hóa địa hóa trong môi trường. Việc hiểu được cấu trúc và chức năng của các cộng đồng vi sinh vật đã là thách thức lớn đối với các nhà vi sinh vật học, nhưng những tiến bộ gần đây trong công nghệ đọc trình tự gen thế hệ mới (NGS) đã cách mạng hóa khả năng khám phá thế giới vi sinh vật. Shotgun Metagenomics là một phương pháp mạnh mẽ cho phép chúng ta xét nghiệm toàn bộ vật liệu di truyền của một cộng đồng vi sinh vật, cung cấp thông tin đột phá về thành phần và tiềm năng chức năng của chúng. Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ cung cấp một tổng quan về Shotgun Metagenomics, các ứng dụng và các lời khuyên hay nhất.

Shotgun Metagenomics là gì?

Shotgun Metagenomics là một phương pháp Tin sinh học phân tích toàn bộ dữ liệu đọc trình tự gen thế hệ mới của toàn bộ DNA có trong quần thể vi sinh vật. Phương pháp này tạo ra một lượng lớn dữ liệu chuỗi DNA, có thể được lắp ráp và chú giải để xác định các loài vi sinh vật có mặt trong cộng đồng và các gen chúng mang. Khác với phương pháp amplicon metagenomics (hay còn gọi là 16S metagenomic), mục tiêu của Shotgun Metagenomics là cung cấp một cái nhìn toàn diện về toàn bộ hệ vi sinh vật và tiềm năng chức năng của nó.

Ứng dụng của Shotgun metagenomics

Shotgun metagenomics có rất nhiều ứng dụng trong vi sinh vật học, bao gồm:

• Phân tích đa dạng phân loài: Shotgun metagenomics có thể được sử dụng để xác định các họ vi khuẩn có mặt trong một quần thể, bao gồm cả các vi sinh vật hiếm và không thể phân lập nuôi cấy được. Thông tin này có thể giúp chúng ta hiểu được đa dạng và phân bố của các loài vi sinh vật trong các môi trường khác nhau.
• Phân tích chức năng: Shotgun metagenomics có thể tiết lộ các con đường chuyển hóa và khả năng chức năng của các quần thể vi sinh vật, cung cấp thông tin về vai trò của chúng trong chu trình sinh hóa địa và các quá trình khác.
• Chẩn đoán bệnh: Shotgun metagenomics có thể được sử dụng để phát hiện và xác định các vi sinh vật gây bệnh trong các mẫu lâm sàng, cho phép chẩn đoán nhanh chóng và chính xác các nguồn gốc gây nhiễm trùng.
• Công nghệ sinh học: Shotgun metagenomics có thể được sử dụng để xác định các enzyme mới và các phân tử sinh học khác có tiềm năng ứng dụng công nghệ sinh học, chẳng hạn như sự xúc tác của enzyme và sản xuất nhiên liệu sinh học.

Best practices cho Shotgun Metagenomics:

• Thu thập và chuẩn bị mẫu: Thu thập và chuẩn bị mẫu đúng cách là rất quan trọng để tạo ra dữ liệu shotgun metagenomic chính xác và có tính đại diện cho mẫu thu được. Và cần cẩn trọng để giảm thiểu nhiễm và bảo tồn tính toàn vẹn của DNA trong quá trình thu thập và xử lý mẫu.
• Chuẩn bị thư viện đọc trình tự NGS: Lựa chọn phương pháp chuẩn bị thư viện có thể ảnh hưởng đến chất lượng và số lượng dữ liệu shotgun metagenomic. Có nhiều phương pháp chuẩn bị thư viện khác nhau, và lựa chọn phải dựa trên câu hỏi nghiên cứu cụ thể và loại nền tảng sequencing được sử dụng.
• Kiểm soát chất lượng và xử lý dữ liệu: Kiểm soát chất lượng và xử lý dữ liệu là các bước phân tích Tin sinh học quan trọng trong shotgun metagenomics, vì chúng giúp đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả. Điều này bao gồm lọc các đọc dữ liệu chất lượng thấp, loại bỏ DNA chủ trùng, và lắp ráp và chú thích các chuỗi.
• Phân tích và giải thích dữ liệu: Shotgun metagenomics tạo ra lượng lớn dữ liệu phức tạp, và phân tích Tin sinh học và giải thích dữ liệu đúng cách đòi hỏi kỹ năng và chuyên môn cao về phân tích Tin sinh học. Có nhiều công cụ và quy trình phần mềm khác nhau có sẵn, và việc lựa chọn công cụ phân tích phải dựa trên mục tiêu nghiên cứu cụ thể. Một số công cụ phổ biến như là:
  • MetaPhlAn (Metagenomic Phylogenetic Analysis): đây là một pipeline phân tích metagenomics tập trung vào phân tích đa dạng và phân loại vi khuẩn.
  • HUMAnN (HMP Unified Metabolic Analysis Network): HUMAnN là một bộ công cụ phần mềm để phân tích chức năng metabolic trong các cộng đồng vi sinh vật.

LOBI Vietnam là công ty tiên phong trong lĩnh vực Đọc trình tự gen thế hệ mới NGS (Next Generation Sequencing) và Phân tích Tin sinh học. Liên hệ hotline/Zalo 092.510.8899 để biết thêm chi tiết.