只知細菌種類, 不知功能嗎? Whole Metagenomic Sequencing 讓您超越限制!!

微生物無處不在，從人類腸道、土壤海洋再到酸礦逕流及地熱溫泉等嚴苛棲息地皆有微生物存在的蹤跡，研究表明這些微生物是環境中關鍵組成部分、生態系統的重要一環。然而，大多數微生物難以在實驗室培養，DNA 定序和生物計算的進展使我們能了解更多微生物群落的多樣性。16S amplicon sequencing 即是目前最廣泛表示微生物群多樣性的方法。
雖然 16S sequencing 是窺探微生物組成的強大工具，但有其限制：
(1) 僅提供微生物群落分類組成的資訊，無法直接得知與這些微生物相關的生物學功能
(2) 僅限於分析已知且能被擴增 genetic markers 的分類單位，難以研究新型或高度分化的微生物，尤其是病毒。另外，16S locus 可能水平基因轉移，故對 16S 序列分析或許會造成群落多樣性的過高估計
(3) 分析過程須考量到與 PCR 相關的各種偏差，可能干擾到多樣性的真實呈現
(4) 產生不一樣變化的多樣性評估，如不同的基因組位點在解析分類單位具不同的能力。此外，定序錯誤和錯誤組裝的 amplicon 會產生難以鑑定的人工序列

Shotgun metagenomic sequencing (或稱 Whole metagenomic sequencing) 則可超越 amplicon sequencing 的使用限制。此方式首先將 DNA 全部萃取，但不再只擴增特定 locus，而是將所有 DNA 剪切成獨立定序的微小片段，使得上機後得到 reads 能與無數的各種基因體位置比對，包括非微生物的部分。當中一些 reads 能比對到分類 locus 的序列 (如16S)，而其它 reads 能比對到 coding sequence，提供對基因功能了解的可能性。因此，讓我們知曉更多面向 -「微生物種類及其扮演角色」。

近年來 metagenomic sequencing 已被用於鑑定新病毒、表示未培養細菌的基因體多樣性和功能、揭示新的和重要的蛋白質，並鑑別健康和患病人類關於腸道微生物的分類單位和代謝途徑，也被應用於表徵植物微生物群。

了解這些微生物群的功能和特徵帶來嶄新前景，如治療的新發現、運用微生物工廠合成產品的創新方法，並確定微生物對地球、動物和人類健康的貢獻！

參考文獻
1. Sharpton, Thomas J. "An introduction to the analysis of shotgun metagenomic data." Frontiers in plant science 5 (2014): 209.
2. Quince, Christopher, et al. "Shotgun metagenomics, from sampling to analysis." Nature biotechnology 35.9 (2017): 833.