我们能从泛基因组学到什么?
来源：news medical|作者：Phoebe Hinton-Sheley|校审：Michael Greenwood|2019-10-15 |翻译：聚生物
在有史以来第一个生物的基因序列被共享几十年后，公共数据库包含了几百个完整的细菌基因组。尽管如此，这些细菌中只有一小部分具有已完全测序的基因组。
这项研究得出的结论是，从理论上讲，每种细菌都不会被完全描述，因为每种新的基因组序列都会不断地将新的基因添加到物种的基因组中。因此，描述细菌物种的最好方法是研究泛基因组的概念：由一个物种所有可有可无的及核心基因组组成。
什么是泛基因组？
泛基因组描述了一个物种的所有遗传变异和基因信息。这个最初的概念是由Tettelin等人发现的，他们对六株无乳链球菌进行了测序。
培养基中无乳链球菌的菌落。 图片来源: Angellodeco / Shutterstock
所获得的DNS序列可以解释为一个核心基因组(由所有的无乳链球菌分离株共享)，它占约80%的单个基因组，以及一个由特异菌株和部分共享基因组成的消耗基因组。无乳链球菌泛基因组内的遗传库是巨大的，这些新基因可以继续被进一步鉴定。
泛基因组分析的例子
副乳杆菌是动物和人类肠道微生物群的一部分，因此被用于食品工业中的益生菌产品，或作为其他乳制品的起始培养物。随着高通量和低成本DNA测序方法的使用越来越多，对一个单一物种的各种不同菌株进行测序，进而确定其全基因组已成为可行的方法。在2013年的一项研究中，对34个分离株的基因组进行了测序，并对每个菌株进行了基因组分析。
对基因组含量和共同性进行了分析，重点是全基因组。每个基因组被发现含有大约2800至3100个基因，以及比较分析，鉴定了包括该特定物种的泛基因组的超过4200个同源基因组。约1800个同源基因组组成了受保护的基因组核心。以前与宿主微生物生物化学相互作用有关的各种因素，如细胞膜蛋白酶、pilli和水解酶p75和p40。在所有选择的菌株中，副干酪乳杆菌的核心基因组中都发现了产生短支链脂肪酸的能力。
变异体(基因组中可能因生物而异的部分)主要由假设的噬菌体、蛋白质、转座子/结合元件、质粒和熟悉的功能(例如糖代谢和CRISPR相关蛋白)组成。结果确定了糖利用基因的大变异性和多样性，每个菌株有25到53个文库，反映了副干酪乳杆菌对不同生态位的适应性。然后构建了一个系统基因组树，该树以基因组总量为基础，并对任何水平基因转移事件进行了最终分析。结果表明，这些菌株的适应性是一个复杂的过程。
另一项研究也发现，泛基因组可以作为一种新的工具来重新定义这些致病细菌。随后，这一方法被应用于大肠杆菌和志贺氏杆菌这两种细菌，这两种细菌的致病和分类学地位最近引起了一些争议。
在选择了感兴趣的特定菌株之后，他们选择了一种实验技术:例如基于生物信息的方法或微阵列。生物信息学技术提供了专门的和通用的工具。利用这些分析，泛基因组学的研究可以提供不同类型的数据，然后增加对一个细菌物种的了解和知识。
通过将这些基因组数据组合在一起，有可能在以后重新定义物种，根据它们的变异基因组内容对它们进行分类。在“无限泛基因组”存在的情况下，例如在大肠杆菌或原绿球藻中，是否可以进行重新分类? “物种”的定义通常是使用旧的方法和工具来决定的。此外，有些物种在本质上是不同类的。因此，在不久的将来，通过分析泛基因组来重新定义一个细菌物种可能是可行的。
Sources
- Medini D., et al. (2005). The microbial pan-genome. https://doi.org/10.1016/j.gde.2005.09.006
- Smokvina T., et al.(2013) Lactobacillus paracasei Comparative Genomics: Towards Species Pan-Genome Definition and Exploitation of Diversity. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0068731
- Tettelin H., et al. (2005) Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: Implications for the microbial “pan-genome”. doi: 10.1073/pnas.0506758102
- Rouli L., et al(2015). The bacterial pangenome as a new tool for analysing pathogenic bacteria. https://doi.org/10.1016/j.nmni.2015.06.005
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