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#Neues aus der Industrie
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Metagenomische Sequenzierungstechnologie
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Metagenomische Sequenzierungstechnologie
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In den letzten drei Jahrzehnten war die Histologie immer ein heißes Forschungsthema. Zuerst kam die Genomik, dann die Proteomik, und jetzt ist die Metagenomik das aufstrebende Feld der heißesten Anwendung der Histologie. Die Metagenomik nutzt die Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie der nächsten Generation (NGS), um die Genome mikrobieller Populationen in bestimmten Umgebungen zu untersuchen und darüber hinaus die funktionellen Aktivitäten, Interaktionen und Beziehungen zwischen mikrobiellen Populationen und ihren Umgebungen zu erforschen, um auf der Grundlage der Analyse der mikrobiellen Vielfalt, der Populationsstruktur und der evolutionären Beziehungen eine potenzielle biologische Bedeutung aufzudecken. Im Vergleich zu traditionellen mikrobiellen Forschungsmethoden umgeht die metagenomische Sequenzierungstechnologie die Nachteile, dass die meisten Mikroorganismen nicht kultiviert werden können und Spurenbakterien nicht nachweisbar sind, so dass sie in den letzten Jahren in der mikrobiologischen Umweltforschung weit verbreitet ist.
I. Technische Vorteile
Mikroorganismen umfassen eine große Gruppe von Organismen, darunter Bakterien, Pilze und einige kleine Protozoen, mikroskopisch kleine Algen und Viren, die winzig, vielfältig und eng mit dem Menschen verwandt sind. Die traditionellen Methoden zur mikrobiellen Diagnose sind der Kulturtest und der Drogensensitivitätstest, aber die Positivrate liegt nur bei etwa 10 %; eine weitere Methode ist der PCR-Test, der in Bezug auf Sensitivität, Spezifität und Nachweiszeit deutlich besser ist als die Kulturmethode, aber da die Methode auf der Genomsequenz bekannter pathogener Bakterien basiert, ist die gelieferte Information begrenzt und kann das Problem der niedrigen Positivrate der klinischen Diagnose nicht lösen; außerdem ist der Nachweis von Mischinfektionen und unbekannten pathogenen Mikroorganismen ein unüberwindbares Hindernis für die traditionellen Nachweismethoden. Die Einschränkungen der klinischen Testmethoden führen häufig zu einer falschen Medikation und einer verzögerten Behandlung, so dass es dringend notwendig ist, neue Testmethoden zu entwickeln, um den klinischen Anforderungen so schnell wie möglich gerecht zu werden
Die metagenomische Sequenzierung (mNGS) kann alle in einer Probe vorhandenen DNA- oder RNA-Informationen beschreiben und ermöglicht so die Analyse des gesamten Mikrobioms sowie des menschlichen Wirtsgenoms oder Transkriptoms in Patientenproben, wodurch krankheitsverursachende Mikroorganismen sichtbar werden. Die Technologie der metagenomischen Sequenzierung (mNGS) hat die folgenden Hauptvorteile gegenüber herkömmlichen mikrobiellen Nachweismethoden
1. Keine Verzerrung, kann alle Mikroorganismen in der Umwelt genetisch nachweisen
2. Kulturunabhängig, kann nicht kultivierbare Arten nachweisen, kann Spuren von Mikroorganismen nachweisen
3. Fähigkeit, alle Sequenzen des getesteten Genoms nachzuweisen
4. Fähigkeit zum Nachweis neuer oder seltener Krankheitserreger
II. technische Verfahren
Der gesamte Prozess des mNGS ist in Trocken- und Nassexperimente unterteilt, und der gesamte Prozess unterliegt der Qualitätskontrolle. Das Nassexperiment beginnt mit der Entgegennahme der Proben, ihrer spezifischen Aufbereitung für die verschiedenen Probentypen, der Extraktion der Nukleinsäuren für die Bibliotheksvorbereitung und der anschließenden Sequenzierung auf dem Gerät; das Trockenexperiment umfasst die Analyse der Offline-Daten, die Sequenzen der Wirtsentfernung, den Vergleich mit Datenbanken für pathogene Mikroorganismen und Datenbanken für Arzneimittelresistenzen, die Identifizierung der Spezies und der Arzneimittelresistenz und schließlich die Auswertung des Berichts.
III. Anwendung
Es gibt viele Arten von Mikroorganismen, die in vielen Bereichen wie z.B. Lebensmittel, Medizin, Industrie und Landwirtschaft sowie Umweltschutz weit verbreitet sind. Daher sind auch die Anwendungsbereiche der mNGS-Technologie recht umfangreich.
1. Medizinischer Bereich: Erforschung von Stoffwechselkrankheiten, Tumorkrebsforschung, Entwicklung von Tumormedikamenten usw.
2. Viehzucht: Erforschung von Darm, Pansen (z. B. methanogene Taxa) und Tiergesundheit/Ernährstoffverdauung, usw.
3. Landwirtschaft: Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Pflanzen, landwirtschaftliche Bodenbearbeitung, Düngebehandlung und mikrobielle Gemeinschaften im Boden, usw.
4. Umweltbereich: Dunstbehandlung, Abwasserbehandlung, Ölabbau, Behandlung von saurem Mineralwasser und Erforschung der Meeresumwelt, usw.
5. Bioenergie: Erforschung spezieller funktioneller Stämme, Gen-Mining, Entwicklung von technischen Bakterien.
6. Spezielle extreme Umwelt: Erforschung von mikrobiellen Taxa unter extremen Umweltbedingungen.