16S rRNA 定序分析應用實例 -2

瀏覽次數: 158

用軟體角度來說，定序分析是一種逆向工程

如果說軟體人是用精巧的手，在鍵盤中跳躍，組出一個一個實用的程式與系統；那生資人就是在鍵盤中跳躍拆解一個一個造物者設計好的程式 (生物)，試圖了解原先沒有註解的程式碼 (基因序列)。

對 ! 造物者寫 Code 的時候居然都不加註解，還要人類幫忙加，這跟逆向工程有 87% 像了。

偉大的研究者們拿定序技術做了些什麼

在踏入一門新領域時，有一些憧憬與學 (為) 習 (了) 動 (畢) 機 (業) ，想必是不可或缺的，於是挑選了幾篇定序技術於 16S 的美美應用圖介紹給大家：

1. 探討我們吃下去的益生菌到底有沒有活呢 ?

市面上太多益生菌產品了，但要能真正發揮作用，吃下去的益生菌就必須能夠在我們的腸道長期居住 (定殖)，很多吃下肚之後被胃酸、腸道環境造成適應不良鼠掉，甚至被原本居住在腸道中的其他細菌們趕跑，畢竟誰會白白讓外來入侵者來搶資源呢？所以益生菌就必須與原住民 (菌) 進行生存競爭!!!

為了實驗上述假說，研究者用 16S 定序技術分析腸道菌相，讓受試者吃下比菲德氏龍根菌 AH1206 (Bifidobacterium longum AH1206)，然後就發現有些人吃了之後進去的益生菌被殲滅了 (定不到該菌的序列) xD，用定序發現原來這些人腸道已經有相似的菌種 (相似功能)，推論在資源上高度競爭原生菌種打敗了外來菌種！！

平均豐富度柱狀圖。在益生菌無法定殖的受試者中，發現不同品系的 Bifidobacterium longum – OTU11 大量存在(紅框)，益生菌能定殖的受試者則無觀察到該品系菌，推論吃進去的 AH1206 益生菌被同種的 OTU11 給打敗了QQ。P 為益生菌成功定殖組 NP 無法定殖益生菌組，橫軸是菌相對豐富的比值，縱軸則是不同的菌。(Maldonado-Gómez, María X., et al., 2016)

2. 森林大火後土壤有哪些菌會是優勢種 / 先驅物種

野火燒不盡，春風吹又生。森林大火是森林循環的過程，當一切都被 Reset 後 (焦黑一片)
森林資源重新分配與規劃，土壤有哪些菌會搶先出來繁衍 ? 有哪些菌則是被天擇掉了Q

研究人員採樣了北美 50 個被野火燒過的土壤進行 16S 定序分析，發現有一些菌 (下圖紅框) 火越燒他們會越嗨 (?
1. Proteobacteria 變形菌門
2. Actinobacteria 放線菌門
上述屬於大火後會快速增長成為優勢的細菌。相反的，也有些菌會芭比Q
大火過後就像是菌間蒸發一樣，慘遭天擇(下圖藍框)，例如 Chloroflexi 綠彎菌門：

不同分類(門)的菌以不同顏色標色，橫軸是各類菌，縱軸則是大火對菌的影響程度，中間線附近則是大火前後反應相差不大的菌。(Whitman, Thea, et al., 2019)

3. 螞蟻腸道與土壤菌相調查

研究人員這次把紅火蟻給磨了，土也給萃取了，抽起 DNA 抓來做 16S 定序，想知道火蟻腸道菌與巢土、附近土壤有無差異？結果發現火蟻腸道與土壤有差異；巢土與附近土穰的 PCA 主成份分析則無顯著差異：

PCA 主成份分析圖。RIFA 是入侵紅火蟻的縮寫，每個點則代表一個樣本，三種顏色分別代表火蟻、巢土(+)、附近土壤(-)，點的距離越近相聚在一塊，代表彼此菌相越相似，可以發現火蟻與土壤菌相明顯不同，巢土 (+) 與附近土壤 (-) 則相近。(這張圖在後續會教到如何產出，前兩點的則是要再自行繪製) (Travanty, Nicholas V., et al., 2022)

看完成品，明天準備看技術

事實上，文獻中有更多漂亮的視覺化圖表，總覺得定序分析的圖是考驗者資料科學家的美感，無論是柱狀圖、PCA、圓餅圖甚至還有同心圓等等，漂亮的圖就是會讓人心情好~之後都會陸續介紹！下一篇先來看看，定序技術的原理!