高效去除宿主DNA,适用于深度微生物组学分析
拭子和体液样品中包含来自宿主人体或动物细胞、以及微生物细胞的DNA。在宏基因组学研究中,人们通常针对总DNA进行分离和分析。不过,人体或动物宿主的DNA含量远超过微生物DNA,非常妨碍微生物组学分析。实际上,在人类微生物组计划(Human Microbiome Project)针对不同样品类型进行的全宏基因组鸟枪法测序研究中,其中的一项核心发现就是多达99%的测序读段对应于人类基因组,因此至多只有1%的读段具有微生物属性(1)。相对于16S rDNA测序法,宏基因组鸟枪法测序能够为微生物组学研究提供更有价值的信息,例如是否存在致病因子、抗药性或代谢网络等。因此,实现微生物读段覆盖度的最大化,能够显著提升分析能力。
在测序实验中,去除宿主DNA能够增加微生物读段的覆盖度。QIAamp DNA Microbiome Kit能够通过差异性裂解宿主细胞以及后续的酶消化,高效地去除宿主DNA。之后,通过物理和化学裂解法高效裂解完整的细胞,再使用经验证的QIAamp buffer体系和经超洁净生产工艺生产的QIAamp UCP纯化柱对这些细胞所释放出的细菌DNA进行纯化。
在宏基因组鸟枪法测序实验中实现更高的细菌DNA检测分辨率
在宏基因组鸟枪法测序实验中,宿主基因组Reads比例较高,使得即便拥有精密的生物信息学工具,建立微生物数据库,也十分耗时费力。通过去除样品中的宿主DNA,QIAamp DNA Microbiome Kit能够为宏基因组鸟枪法测序研究提供富集的细菌DNA。我们选用QIAamp DNA Microbiome Kit或其他两个供应商的同类试剂盒,以人类口腔拭子制备样品,再将分离得到的DNA进行宏基因组鸟枪法测序实验,之后对Reads进行比较。使用QIAamp DNA Microbiome Kit制备的样品测序结果仅含有少于5%的人源reads,显著低于未包含宿主DNA去除步骤的另一试剂盒(人源Reads超过90%),同时也低于包含该去除步骤的另一试剂盒(35%的人源Reads)。在第二项实验当中,我们向样品中掺入了已知的细菌培养物。相比另一无宿主DNA去除步骤的解决方案,该试剂盒处理的样品中所含的细菌DNA得到了更高精度的还原。
实现16S rDNA测序应用的更高效扩增
16S rDNA测序法通常被用来确定微生物群落的相对组成。相比其他3种纯化试剂盒,QIAamp DNA Microbiome Kit能够以最高的效率扩增来源于口腔拭子的纯化DNA的V4区域。针对两个样品使用QIAamp DNA Microbiome Kit进行DNA纯化而得到的V4区域扩增片段的测序结果,也揭示了预期的人类口腔微生物组的代表性细菌组成。
优化的细胞裂解步骤,最大限度降低样品制备的人为偏差
微生物细胞壁形态差异导致其对不同裂解方法存在易感性差异。例如,细菌具有厚厚的细胞壁,其中含有丰富的脂类和多糖,因此通过酶消化制备的样品很可能缺乏代表性。其结果就是,任何一种裂解方法都可能带来样品代表性及微生物组相对成分的偏差。QIAamp DNA Microbiome Kit采用了化学和物理联合裂解法,能够最大限度控制样品制备过程中引入的偏差。此外,QIAamp DNA Microbiome Kit中所提供的Ultra Clean Production(UCP,超洁净生产)纯化柱最大限度控制污染风险。
为了检验样品制备的偏差,我们建立了含有6种不同细菌组分、已知群落生成单位(colony forming unit,CFU)数量的微生物组模型培养物。通过QIAamp DNA Microbiome Kit或替代试剂盒进行模型微生物组的样品制备,以便进行后续的测序分析。相比其他方法,使用QIAamp DNA Microbiome Kit制备的样品显示出了模式微生物组组成的最佳整体还原能力。