宏基因组学是指利用高通量测序等方法，对环境样本中的微生物群体进行基因测序，以获得微生物的基因功能、组成和丰度。宏基因组测序可用于研究微生物群体功能特性、相互协作关系及与环境之间的关系。与传统方法相比，无需纯培养，大大减少了研究的费用、周期并提升了物种丰富度。

研究流程：

应用范围：
医学研究：疾病标志物筛查，疾病的诊断和分型，疾病复发诊断，病因与病理机制探究，临床疗效评价，药物毒理学评价
生命科学研究：非生物环境关系研究，植物与微生物，在表型鉴定中的应用，代谢途径及功能基因组研究，药用植物研究中的应用

实验设计：
微生物多样性研究微生物的组成和丰度，对不同处理或生理状态的样品进行分组，并通过微生物多样性测序对微生物进行注释，并计算丰度，基于丰度和组别，找到不同组别的差异微生物，并用于后续生理机制的研究。

样本要求：
土壤/污泥/沉积物 ≥ 1g；
瘤胃液／发酵液／组织液 ≥ 1 ml；
粪便／肠道内容物 ≥ 0.5g；
水体滤膜/空气滤膜 ≥ 1张；
牛奶／酸奶 ≥ 10ml；
样本的保存：液氮 或 -80℃保存
样品运输：干冰运输

生物学重复：
为排除个体差异，建议对于临床样品，生物学重复 ≥ 6；对于非临床样品，生物学重复 ≥ 3。

案例分享：
炎症性肠病与肠道微生物生态系统的多组学研究
发表时间：2019年
期刊：Nature
影响因子： 43.07
     炎症性肠病，包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，影响着全球数百万人。克罗恩病和溃疡性结肠炎在临床上是多种多样的复杂疾病，免疫、分子、基因和微生物水平。个体因素一直是广泛研究的焦点。做为整合人类微生物群项目（HMP2或IHMP）的一部分，作者对132名受试者进行了为期一年的跟踪研究，以生成疾病期间宿主和微生物活动的整合纵向分子图。
     样本及实验方法包括：切片：RNAseq，RRBS，16s；血液：全外，RRBS；粪便：宏基因组，宏转录组，病毒组，蛋白组，代谢组。
     在肠道微生物群存在炎症性疾病活动。作者证明了以专性厌氧菌为代价的兼性厌氧菌的特征性增加，以及微生物转录中的分子干扰（例如梭菌）、代谢物池（酰基胆碱酯酶、胆汁酸和短链脂肪酸）。以及宿主血清中抗体水平。疾病活动的时期也以时间变异性的增加为标志，具有特征性的分类、功能和生化变化。最后，综合分析确定了导致这种失调的微生物、生化和宿主因素。提供迄今为止炎症性肠病中宿主和微生物活动最全面的描述。

     图1 炎症性肠病活动期间，微生物组、宏转录组和粪便的代谢谱被扰乱

     图2 炎症性肠病活动期间结肠上皮分子过程发生紊乱，进行宿主-微生物相互作用整合分析

参考文献：
Lloyd-Price J et al., Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory bowel diseases. Nature. 2019 May;569(7758):655-662.