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Meta-Apo算法能校正基於(yu) 16S基因擴增子推斷的菌群功能
當前，在疾病診斷、生態監控、生物安全等領域，急需基於(yu) 元基因組測序的微生物組功能分析和比較，其具有廣闊應用價(jia) 值，然而，高昂的成本卻限製了其廣泛應用。
日前，中科院青島生物能源與(yu) 過程研究所單細胞中心開發了微生物組功能校正算法Meta-Apo（Metagenomic Apochromat），為(wei) 大規模的菌群功能比較提供了一種新的解決(jue) 方案，在充分保證分析精度的同時，可大幅降低實驗和計算成本。
據介紹，微生物組功能的分析和比較，主要基於(yu) 基因組序列進行代謝重建。路線之一是鳥槍法元基因組測序（WMS），然而其測序成本高，達到1000——2000元/樣本，且分析過程冗雜，阻礙了該方法的大規模應用。第二個(ge) 路線方法是通過擴增子測序，該方法利用16S rRNA等進化標記基因和其參照基因組之間的關(guan) 聯，亦能推斷微生物組的功能。該方法大幅降低了成本，但16S rRNA基因片段經常帶有擴增偏好性，而且與(yu) 全基因組序列的關(guan) 聯並非完全可靠，因此，該方法的功能重建結果經常會(hui) 出 現較大的偏差。
為(wei) 了解決(jue) 以上問題，單細胞中心生物信息研究組提出了Meta-Apo算法，通過挖掘WMS數據和16S rRNA擴增子數據之間的同構關(guan) 係，利用少量WMS和16S rRNA數據對進行訓練，即對同一個(ge) 菌群樣本分別進行WMS測序和16S rRNA擴增子測序，來實現對大規模16S rRNA擴增子測序樣本的菌群功能校正。
研究結果顯示，Meta-Apo利用僅(jin) 僅(jin) 15例樣本的數據對進行訓練，進而基於(yu) 16S rRNA擴增子對5,000例人體(ti) 腸道菌群樣本進行功能預測和校正，其結果與(yu) 同批樣本基於(yu) WMS推斷的菌群功能基本一致，而總測序成本僅(jin) 為(wei) 後者的20%左右。因此，針對大規模菌群樣本的功能重建這一目的，將全部樣本用16S rRNA擴增子策略，同時用WMS策略測定其中的一小部分樣本，將能在保證分析精度的前提下、大幅降低實驗和計算成本。因此，Meta-Apo算法和相應的測序策略為(wei) 大規模菌群功能分析項目的設計提供了一個(ge) 重要的工具。
該項工作由單細胞中心與(yu) 青島大學計算機科學技術學院合作完成，並獲得了國家自然科學基金、山東(dong) 省自然科學基金、中國博士後科學基金的支持。
相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1186/s12864-020-07307-1
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