病毒宏基因组 学
病毒宏基因组学概述及其应用
研究背景 宏基因组学简介 病毒宏基因组学 研究策略与技术路线
Here We Go！
研究成果与前景展望
一大难题
virus B virus C
virus A BACTERIA virus D
在人类生产生活中，致病的微生物众多，其中病毒性疾病占据大多 数，而现有的诊断方法不可能囊括所有的病毒。因此，从宏观上把 握致病性病毒的潜在数量种类以及致病机理变得尤为重要。
病毒宏基因组学何以横空出世
很多病毒缺乏特异的 细胞系或者生长过程 用电镜来观察病毒
中观察不到细胞病变
(CPE)。
其灵敏性相对较低。
四大 瓶颈
PCR法必须基于基因 序列，对于未知序列的病 毒和变异性大的病毒此法
血清学反应，高效的特异 性抗体很难获得，有的出
现交叉反应而影响结果。
难以实施。
宏基因组学
因组用限制性内切酶或机械力量切割成
一定长度的DNA片段，与合适载体体 外转化至宿补DNA。cDNA是 由生物的某一特定器官或特定发育时
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部分基 研究的对象是特 定环境下所有生 物遗传物质的总 和，它包含了可 培养的和不可培 养的微生物的基 因总和。研究热 点：细菌和病毒 宏基因组学。
宏基因组学 (Metagenomics) 宏基因组学 (Metagenomics) 是 是将环境中全部微生物的遗传 将环境中全部微生物的遗传信 信息看作一个整体 , 自上而下 息看作一个整体 , 自上而下地研 地研究微生物与自然环境或生 究微生物与自然环境或生物体 物体之间的关系。 之间的关系。
病毒宏基因组学
病毒宏基因组学：宏基因组学的一分支，指研究特定环境中的病 毒群落一门学科。
分析特定环 境中的病毒 群落
应用
解释未 知病因
发掘潜在 的新的病 毒性疾病
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挖掘新 的活性 物质
病毒宏基因组学
最早应用宏基因组学理论分析病毒群落的科学家是Breitbart教 授，他于2002年应用鸟枪测序法（shotgun sequencing）首次对 美国加州海岸的2处海洋中病毒群体进行研究，发现374-7114个潜 在的新病毒。 2005年,Edwards首次提到病毒宏基因组学这一概念，其描述的 是环境中的病毒群落—噬菌体。
PCR 产物 的纯化
遗传物质的 分离与富集
2018/11组DNA或cDNA片段 与适当的载体在体外通 过重组后，转化至宿主 细胞，并通过一定的选 择机制筛选后得到大量 的阳性菌落(或噬菌体), 所有的菌落或噬菌体的 集合。 基因组 基因组DNA：将生物体的全部基
Biblioteka 的构建 基因组文 库和部分 基因 的关系2018/11/15
入载体[细菌人工染色 体(bacterial artificial chromosome,BAC）和粘粒 （coamid）载体]、表达载体(pBluescript SK+)、穿梭载
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两个案例
案例1： 2002年Breitbart应用鸟枪测序法（shotgun sequencing）首次 对美国加州海岸的2处海洋中病毒群体进行研究，发现374-7114 个潜在的新病毒。遗憾的是无法对其进行归类。 案例2：
2013年6月巴西圣 保罗阿道夫•鲁茨 研究所的西尔瓦娜 等人利用病毒宏基 因组学对人面部潜 在微生物进行研究。
2006年，Zhang等应用宏基因组学在人的粪便中发现了大量的 植物病毒。 2007 年, Delwart 再次提到病毒宏基因组学这一概念,并对宏基 因组学挖掘新病毒的方法进行了阐述； 该文侧重于人和动物机体 中的真核病毒群落。 2010 年，Li 等分析了蝙蝠粪便中的病毒群落。该研究发现了大 量新的哺乳动物病毒和昆虫病毒。
转化
⑤ 重组克隆的挑取和保存。
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筛选阳 性克隆
研究策略与技术路线
连接
目的基因
载体的种类
可装载的外源DNA
质粒（plasmid）
λ 噬菌体（λ phage） 粘粒载体（cosmid）
＜10kb
0-23kb ~45kb
细菌人工染色体BAC
~100kb
~300kb-1.2Mb
体(Cosmid pOS700Ⅰ)及普通克隆T载体。
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研② 高纯度大分子量基因组 DNA的提取。
连接
③ 高质量大相对分子质量
DNA 的部分酶切与脉冲电 泳分级分离。 ④ 载体与外源片段的连接 与转化或侵染宿主细胞。
Electron micrographs of the human fecal sample. (a) Rod-shaped particles negatively stained with potassium phosphotungstate in 2003. (b) Icosahedral (open arrows)and short rod-shaped particles (filled arrow) recently 2018/11/15 stained with ammonium molybdate, from the second fraction of the sucrose gradient.
研究策略与技术路线
样品的处理遗传物质的分离与富集构建 宏基因组学的筛选序列分析
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研究策略与技术路线
VIS:Very Important Step
稀释
离心
解冻
样品的处理
过滤
消化
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研究策略与技术路线
反转录 双链 cDNA 合 成 DNA RNA
PCR 扩增