得益于加州大学圣地亚哥分校科学家的国际合作，成功消除了两种主要测序技术之间的差异。
在2023年7月27日发表在《自然生物技术》上的研究中，研究团队推出了一个名为Greengenes2的新参考数据库，能够有效比较和整合来自16S核糖体RNA基因扩增子（16S）和霰弹枪宏基因组测序的微生物组数据。
“这是微生物组研究的一个重要里程碑，因为我们成功保护了十多年来的16S数据，这些数据在现代霰弹枪测序的背景下可能会被忽视，”资深作者罗伯·奈特博士表示，他是加州大学圣地亚哥分校医学院、生物工程和计算机科学系的教授。“通过标准化这两种方法的结果，我们将显著提升发现健康与疾病相关微生物组生物标志物的机会。”
微生物组研究依赖于科学家识别样品中微生物的能力。为此，他们对样本中的遗传信息进行排序，并与列出生物体序列的参考数据库进行比较。16S和霰弹枪测序是微生物组研究中最常用的两种技术，但它们的结果常常不一致。
该研究的第一作者、加州大学圣地亚哥分校医学院Microsetta项目的科学主任丹尼尔·麦克唐纳博士表示：“许多研究人员认为，16S测序和霰弹枪测序的数据差异太大，无法整合。”“在这里，我们证明了情况并非如此，并提供了一个参考数据库，研究人员现在可以利用它来实现整合。”
最初的Greengenes数据库在微生物组领域已经被广泛使用超过十年。它是许多著名项目的参考数据库，包括美国国立卫生研究院人类微生物组计划、美国肠道计划和地球微生物组计划等。
然而，它的一个基本限制是依赖于单个基因16S的序列来识别样本中的生物体。这个经过充分研究的基因长期以来被用作分类标记，每种生物都有其独特的16S“条形码”。这种方法可以以属级分辨率描述微生物组样本的内容，但并不总能识别特定的微生物种类或菌株，这对临床工作至关重要。
随着时间的推移，现代微生物组研究已经转向使用霰弹枪测序法，这种方法从生物体的所有基因组中提取DNA，而不仅仅关注一个基因。这种强大的方法为研究人员提供了更高的物种特异性，并深入了解微生物的功能。
科学家们通常将这两种技术之间的差异归因于实验室样品制备方法的不同。然而，这项新研究表明，两种技术之间的不兼容性源于计算方法的差异，其中一个更好的参考数据库使得从两种方法得出相同的结论成为可能。这解决了微生物组研究可重复性中的一个重要问题，并允许重复使用旧研究中数百万样本的数据。
为了解决这些不兼容的问题，研究人员首先扩展了生命之网的全基因组数据库。然后，他们与加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院副教授Siavash Mirarab博士共同开发了几种新的计算工具，将现有的高质量全长16S序列整合到全基因组系统发育中。
利用Mirarab团队开发的另一种机器学习工具，他们从30多万个微生物组样本中提取了16S片段。最终形成了一个扩展的参考数据库，可以将16S和霰弹枪测序数据映射到该数据库上。
为了确认Greengenes2是否有助于标准化这两种测序技术的发现，研究人员从相同的人类微生物组样本中获取了16S和霰弹枪测序数据，并在Greengenes2系统发育的背景下对其进行了分析。两种技术的结果显示出高度相关的多样性评估、分类概况和效应大小——这是研究人员以前从未见过的。
麦克唐纳表示：“通过Greengenes2，一个庞大的16S数据库现在可以重新投入使用，甚至可以在新的荟萃分析中与现代霰弹枪数据结合。”“这是在提高微生物组研究的可重复性和增强医生从微生物组数据中得出临床结论能力方面迈出的重要一步。”
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希望本篇文章《新参考数据库Greengenes2助力整合16S与霰弹枪测序数据，推动微生物组研究进展》能对你有所帮助！
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