Phân tích hệ vi sinh vật (microbiome) đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng nhờ sự phát triển của các phương pháp và công cụ hiện đại. Bài viết dưới đây sẽ đưa ra một số phương pháp được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu.
Phân tích gene chỉ thị (Marker Gene Analysis)
Phân tích gene chỉ thị (Marker Gene Analysis) là phương pháp tập trung vào các gene đặc trưng như 16S rRNA cho vi khuẩn và ITS cho nấm. Các gene này có các vùng siêu biến đổi (hypervariable regions) giúp tạo ra “mã vạch di truyền” riêng biệt, cho phép xác định thành phần và độ phong phú tương đối của các loài trong cộng đồng vi sinh vật.
Các công cụ được sử dụng:
- Để xử lý dữ liệu, các nhà nghiên cứu sử dụng đơn vị phân loại hoạt động (OTUs) với ngưỡng phân kỳ 97% hoặc 99%, giúp nhóm các trình tự tương tự nhau và kiểm soát sự biến đổi sinh học.
- Các công cụ như RDP classifier, Greengenes, SILVA, Mothur, QIIME, và DADA2 hỗ trợ gán taxonomy và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả.
- Công nghệ giải trình tự phổ biến nhất hiện nay là Illumina MiSeq, với độ dài đọc 2×300 bp, giúp bao phủ nhiều vùng biến đổi trên genome. Ngoài ra, xu hướng chuyển sang giải trình tự toàn bộ gene 16S và ITS bằng công nghệ PacBio hoặc Oxford Nanopore đang được đẩy mạnh, mang lại độ chính xác cao so với các công nghệ trước đây.
Giải trình tự toàn bộ hệ gene (Shotgun Metagenomics)
Giải trình tự toàn bộ hệ gene (Shotgun Metagenomics) là phương pháp cho phép giải trình tự toàn bộ hệ gene của tất cả vi sinh vật trong mẫu. Phương pháp này không chỉ xác định thành phần loài mà còn khai thác tiềm năng chức năng của hệ vi sinh vật thông qua việc phân tích gene mã hóa protein và các con đường chuyển hóa.
Các công cụ được sử dụng:
- Các công cụ lắp ráp (assembly) phổ biến như MetaVelvet, IDBA-UD, metaSPAdes, và MEGAHIT sử dụng đồ thị de Bruijn để lắp ráp các trình tự ngắn thành contigs.
- Đối với phân loại taxonomy, các công cụ như Kraken và MetaPhlAn2 được sử dụng rộng rãi. Kraken dựa trên phân phối k-mer dặc biệt (k-mer features) để gán taxonomy, trong khi MetaPhlAn2 sử dụng các gene chỉ thị đặc trưng cho từng nhánh (clade-specific) để ước tính độ phong phú tương đối của các loài.
MetaTranscriptomics, Metabolomics và Metaproteomics
Metatranscriptomics là phương pháp tập trung vào phân tích RNA, giúp đánh giá hoạt động biểu hiện gene của vi sinh vật.
Các công cụ được sử dụng:
- Quy trình bao gồm tách chiết RNA tổng số, tổng hợp cDNA, và giải trình tự bằng công nghệ Illumina HiSeq hoặc NovaSeq.
- Dữ liệu RNA sau đó được đối chiếu lên genome và pathway, con đường chuyển hóa của sinh vật (ví dụ: KEGG) nhằm xác định taxonomy và chức năng gene. Công cụ SOAPdenovo thường được sử dụng để lắp ráp và phân tích dữ liệu metatranscriptomic.
Cuối cùng, metabolomics và metaproteomics là hai phương pháp bổ sung quan trọng. Metabolomics tập trung vào việc định danh và định lượng các chất chuyển hóa (metabolites) do vi sinh vật sản xuất, sử dụng khối phổ (mass spectrometry) để phát hiện các phân tử nhỏ từ sinh vật. Trong khi đó, metaproteomics phân tích hệ protein trong hệ vi sinh vật, cung cấp thông tin về chức năng và hoạt động của protein. Cả hai phương pháp này đều góp phần làm sáng tỏ vai trò của microbiome trong sức khỏe và bệnh tật
Nguồn tham khảo: Galloway-Peña J, Hanson B. Tools for Analysis of the Microbiome. Dig Dis Sci. 2020 Mar;65(3):674-685. doi: 10.1007/s10620-020-06091-y. PMID: 32002757; PMCID: PMC7598837.
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.
