宏病毒组（Virome）测序又称病毒宏基因组（Viral Metagenome）测序，是通过高通量测序技术对环境中所有病毒的遗传物质（RNA或DNA）进行分析，揭示病毒组成、群体结构等特征，在病毒发现和溯源、微生物预警等领域具有重要作用。简而言之，宏病毒组学就是将特定环境中所有病毒与其他微生物分开，提取病毒核酸，用高通量技术进行病毒核酸测序，最后将测序结果与现有的核酸文库进行比对，并运用软件分析处理后最终得到研究样品中病毒群落的组成信息。

送样要求

Q1. 宏病毒组技术与扩增子及宏基因组技术有何区别？

答：病毒和细菌不同，不同病毒基因组的差异非常大，且病毒具有形态小，遗传物质进化快等的特点，因而不能像细菌、古菌等微生物一样具有系统的发育标记。宏病毒组技术与宏基因组技术及扩增子技术都是从样品中的总DNA出发进行研究的，避免了对微生物进行分离纯化和培养，提供了对样品中的全部微生物进行研究的新技术。在扩增子技术中，其主要对微生物DNA上的某一段区域，如16S V3-V4/V4/V4-V5等区域进行扩增、测序和分析；宏基因组则是使用样品中的所有微生物基因组DNA进行研究，并进行数据处理和挖掘；而宏病毒组主要以环境中所有病毒的遗传物质为研究对象，分析样品中的病毒构成信息。

Q2. 宏病毒组研究的难点是什么？

答：由于病毒较小,在样品中的含量较低，加之土壤、动物及临床组织等样本体系较复杂,宿主成分难以去除,使得病毒核酸富集率很低（通常不到1%），成为宏病毒组研究的难点。我司独立研发了一套病毒富集流程，可极大提高病毒富集率和病毒浓度，增加了结果的可靠性。

Q3. 宏病毒组的研究应用？

答：宏病毒组学可全面解读样品中病毒的多样性与丰度，探索病毒之间以及与环境和宿主之间的关系。由于宏病毒组学的研究对象是特定环境中病毒的总DNA+cDNA，因而不需要对微生物进行分离培养和纯化，且可以对样品中的DNA病毒和RNA病毒都进行研究，这对我们研究样品中的总病毒提供了一条新的途径。在短短的几年里，人们用这种方法发现了很多有意义的病毒，并扩大了很多病毒的宿主范围，增强了人们对环境中包括媒介生物的病毒组成的了解，研究领域涉及到人或动物肠道、组织或血液样本、海洋、土壤等，充分显示出宏病毒组技术在病毒发现、病原溯源、微生物预警等方面的应用价值。

文章：Initial Mapping of the New York City Wastewater Virome

期刊：《mSystems》

影响因子：6.301

研究背景

噬菌体是专一感染细菌的病毒，它和细菌在自然环境里共同存在、共同进化，影响着整个生态环境里的功能。它可以促进基因的交流，维持微生物的多样性，参加地球的物质循环。噬菌体是人体微生物组的一个很重要的组成部分，每个人的肠道里含有约10¹⁴个细菌，但是它的噬菌体有10^15-16个，比细菌数量多1-2个数量级。但就目前而言，在公共数据库中，关于噬菌体的全基因组的数据不超过1万株，所以噬菌体被称为生物界的暗物质。废水是微生物生命的丰富来源，含有细菌、病毒和其他微生物，这些微生物存在于人类排泄物和环境径流源中，但与细菌相比，噬菌体在城市环境中的探索还不够充分。

研究方法

为探究纽约市污水系统中存在的病毒群落和它们在纽约废水环境中的功能重要性，作者对纽约市五个行政区的14个污水处理中心16个样本点的宏基因组数据集进行宏病毒组学分析，具体包括：宏基因组组装与病毒分类鉴定、病毒预测、多样性分析和功能注释、病毒噬菌体鉴定与分析、噬菌体-宿主的预测、基因共享网络的构建与病毒contigs的聚类、噬菌体-细菌网络感染模式分析以及噬菌体-宿主共发生网络分析。

研究结果

作者利用从14个污水处理厂收集的废水样本的宏基因组数据，对纽约市废水中的病毒群落进行了分析。结果发现噬菌体是污水样本中最主要的病毒成分，特定的病毒群落与采样行政区内的当地环境条件有关。绝大多数病毒序列在公共数据库中没有检测到同源匹配序列，平均获得1700个独特的病毒簇(假定属)。研究通过modular-nested模式构建了感染网络，网络表明噬菌体具备宿主特异性。研究还在病毒群落中鉴定了参与碳和硫循环的基因，表明病毒在废水环境中的循环途径和基因功能的重要性。此外，鉴定了一系列病毒噬菌体的基因以及一个新病毒噬菌体基因组的近完成图，这些发现有助于了解纽约市废水中噬菌体的丰度和多样性，并进一步研究城市环境中噬菌体-宿主关联的地理模式。该研究为首次探究了纽约市污水系统中存在的病毒群落，并指出了它们在纽约废水环境中的功能重要性。