高通量测序技术在环境微生物学中的应用及发展.pdf
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1、Bioprocess 生物过程生物过程,2023,13(2),85-90 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/bp https:/doi.org/10.12677/bp.2023.132012 文章引用文章引用:吕欣宇,孟庆陆,马玮辛,郑兆棋.高通量测序技术在环境微生物学中的应用及发展J.生物过程,2023,13(2):85-90.DOI:10.12677/bp.2023.132012 高通量测序技术在环境高通量测序技术在环境微生物微生物学中学中的的应用及应用及 发展发展 吕欣宇吕欣宇*,孟庆陆,马
2、玮辛,郑兆棋,孟庆陆,马玮辛,郑兆棋 滨州学院化工与安全学院,山东 滨州 收稿日期:2023年3月7日;录用日期:2023年5月30日;发布日期:2023年6月9日 摘摘 要要 高通量测序技术的别称为大规模平行测序技术,采用高效的高通量采样方法和测序方法,可以快速获得高通量测序技术的别称为大规模平行测序技术,采用高效的高通量采样方法和测序方法,可以快速获得理想的实用菌株。针对高通量测序方法在细菌菌株检测中的应用,本文总结了行业研究、行业应用发展、理想的实用菌株。针对高通量测序方法在细菌菌株检测中的应用,本文总结了行业研究、行业应用发展、高通量测序研究及趋势,探讨了高通量测序技术在环境微生物学中
3、的应用方法高通量测序研究及趋势,探讨了高通量测序技术在环境微生物学中的应用方法,以提高检测的准确性和,以提高检测的准确性和效率。为优化高通量测序技术的准确度、效能和实用范围提供理论指导。效率。为优化高通量测序技术的准确度、效能和实用范围提供理论指导。还还探讨探讨了了高通高通量测序技术行业量测序技术行业的发展现状,预测的发展现状,预测了了高高通量测序技术行业的发展方向。通量测序技术行业的发展方向。关键词关键词 高通量测序高通量测序,菌种检测菌种检测,行业现状行业现状,发展趋势发展趋势 Application and Development of High-Throughput Sequencin
4、g Technology in Environmental Microbiology Xinyu Lv*,Qinglu Meng,Weixin Ma,Zhaoqi Zheng College of Chemical Engineering and Safety,Binzhou University,Binzhou Shandong Received:Mar.7th,2023;accepted:May 30th,2023;published:Jun.9th,2023 Abstract High-throughput sequencing technology is called large-sc
5、ale parallel sequencing technology,and the ideal practical strains can be obtained quickly by using an efficient high-throughput sampling me-thod and sequencing method.For the application of the high-throughput sequencing method in bac-*第一作者。吕欣宇 等 DOI:10.12677/bp.2023.132012 86 生物过程 terial strain de
6、tection,this paper summarizes the industry research,industry application develop-ment,high-throughput sequencing research and trend,and discusses the application method of high-throughput sequencing technology in strain detection,so as to improve the accuracy and effi-ciency of detection.In order to
7、 optimize the accuracy,efficiency and practical range of high-throughput sequencing technology,and then provide theoretical guidance for the accelerated detection of strains.The development status of the high-throughput sequencing technology industry is also discussed and the development direction o
8、f the high-throughput sequencing technology industry is inferred.Keywords High-Throughput Sequencing,Strain Detection,Industry Status,Development Trend Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).htt
9、p:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 1953 年,詹姆斯沃森和弗朗西斯克里克共同提出 DNA 双链结构,标志着生命科学发展向分子生物学的转变,引发了生命科学和生物技术的一场革命1。1990 年,随着以 Sanger 测序技术为基础的第一代测序技术不断发展,人类基因组计划正式启动,到 2004 年,正式进入后基因组时代2。Sanger 测序技术原理是,核酸模板在核酸聚合酶、引物、四种单脱氧核苷酸存在条件下复制或转录时,如果在四管反应系统中分别按比例引入四种双脱氧核苷酸,只要双脱氧核苷酸掺入链端,该链就停止延长,链端掺入单脱氧核苷酸的片段可继
10、续延长。以分离长短不一的核酸片段(长度相邻者仅差一个核苷酸),根据片段链端的双脱氧核苷酸,便可依次阅读合成片段的核苷酸排列顺序。深层次和效率等大规模测序技术的要求,促使了以罗氏公司的 454、Illumina 公司的 HiSeq 以及 Life Technology 公司的 SOLiD、IonTorrent 为代表的新一代测序技术(Next-Generation Sequencing,NGS)的诞生。其显著特点是高通量,在精确测序时,远优于基于 Sanger 测序法的第一代测序方法,且价格显著降低。454 life sciences 是最早的基于焦磷酸序列的商业基因组学系统之一,于 2004
11、年左右推出。它具有高速、读取长度较长和高精度等优点,但由于其通量低、成本高等劣势,现在已慢慢退出市场。随着测序技术的发展和优化,Ilumina 和 Life Technoogy 等公司现在主导着下一代高通量测量系统的安装。Illumina公司的 Solexa 和 Hiseq 测序仪器采用边合成边测序的方法,在使用中具有高通量密度、短时间和低成本的合成和测序技术,目前是主要市场中占主导地位的第二代产品。Life Technology 公司推出的 IonTorrent 的核心技术,通过半导体技术与化学和数字信息相连接,具有高精度、高速、低成本解读等优点,见图 1。中国科学家3对从陈年葡萄酒中分离出
12、来的奶酪牛奶棒菌株 Lactobacillus casei BD-II 和保加利亚菌株 Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus strain NDO2 的酸奶棒进行了研究;韩国科学家分析了泡菜发酵的香肠乳杆菌 Lactobacillus farciminis、棒状乳杆菌 Lactobacillus coryniformis subsp.coryniformis 和高丽魏斯氏菌 Weissella koreensis;德国科学家对从奶酪表面分离的变异棒状杆菌 Corynebacterium variabile 和棒状杆菌 Corynebacteriu
13、m casei 进行了分析。它们都依次进行了完整的基因组测序,并分析了与它们相关的比较基因组和代谢能力。2.高通量测序行高通量测序行业研究业研究 1)基于颜色或荧光的高通量研究基于颜色或荧光的高通量研究 Open AccessOpen Access吕欣宇 等 DOI:10.12677/bp.2023.132012 87 生物过程 Figure 1.Technical route of strain detection 图图 1.菌种检测技术路线 基于颜色或荧光2的细胞筛选是一种非常显而易见的高通量测序技术(图 2),它在细菌进化中广泛有效地用于选择含有有色或荧光代谢物的菌株。对于生产彩色产物(
14、如番茄红素、-胡萝卜素和虾青素)菌株,颜色的类型和深度可以初步判断反应代谢产物的类型和产量。在现代机器人技术的帮助下,筛选效率可以达到每次 106个突变体。Figure 2.High-throughput sequencing techniques based on color or fluo-rescence 图图 2.基于颜色或荧光的高通量测序技术 2)基于转录因子的高通量测序研究基于转录因子的高通量测序研究 转录因子可以与基因的启动子或增强子区域结合,单独或与其他蛋白质形成复合物,进而刺激或阻断 RNA 聚合酶参与转录过程,从而调节基因表达。在大肠杆菌中发现了 230 多种转录因子,它们
15、可以感知多种代谢物,包括氨基酸、糖类、磷酸糖和脂质。细胞中的一些小分子代谢物可以通过配体结合和磷酸化作用来激活或失活转录因子,进一步统制相关报导基因的表述,从而将代谢物的浓度与荧光强度、细胞生长等检测信号联系起来,最终达到高通量测序的目的。3)基于磁珠提取技术的高通量测序研究基于磁珠提取技术的高通量测序研究 固有的 DNA 提取手段有煮沸法、盐析法、苯酚氯仿法、异丙醇沉淀法、离心柱法、磁球法等。本实验应用磁珠法3通过高通量测序技术自动地提取血凝块 DNA,将血凝块分成在不同条件下被蛋白酶 K消化的血凝小块,把用 DNA 裂解液处理后的血凝小块进行比较,分析它们的消化率。通过电泳判断 DNA的完
16、整性,可以保证 DNA 的品质。研究表明,高通量测序技术的结合可以使提取 DNA 的过程简便高效,同时结合自动化精简人工操作。现阶段,磁珠作为一种精良的固相载体,通常应用于制备核酸、化学发光、细胞分选、纯化蛋白质等领域。硅磁技术普遍应用于研究分子生物学、临床诊断、高通量筛选等领域。吕欣宇 等 DOI:10.12677/bp.2023.132012 88 生物过程 3.高通量测序行业应用高通量测序行业应用 3.1.高通量测序在微生物生态学中的应用高通量测序在微生物生态学中的应用 目前,高通量测序技术越来越多地用于研究海洋微生物生态学4。高通量测序技术可以揭示海洋中极少数量的微生物,并发现更多新的
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- 通量 技术 环境 微生物学 中的 应用 发展
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