2016/06/15
细菌和病毒等微生物与人类健康的许多方面密切相关。他们帮助我们消化我们吃的食物．微生物是我们喝的水的质量．并且可以在我们呼吸的空气中传播疾病．利用Illumina的基因组技术，研究人员正在解开以前无法用高分辨率研究的生物的秘密，为临床微生物学、工业微生物学以及人类和动物健康和疾病提供见解。
基础研究
就像Illumina下一代测序(NGS)技术的许多应用一样，了解细菌、病毒和其他微生物的遗传学始于基础研究。基因组技术与应用在这个描述视频使研究人员能够开发参考基因组，使生物体更容易表征和比较。这项技术还允许研究人员识别和研究微生物群落的多样性。在新一代基因组技术发展之前，许多涉及功能特征、进化和微生物群落内部相互作用的基本问题无法得到解决。
基因组
基于测序的宏基因组学方法可用于研究给定环境或样本中存在的所有生物体及其丰度。
这类研究的一个非常活跃的领域是检查肠道微生物组与人类健康之间的相互作用。通过更好地理解健康肠道或功能失调肠道的细菌特征（以及一个人如何从一个类别转移到另一个类别），希望新的发现将有助于理解生活方式、饮食和疾病之间的关系。这个美国肠道工程是公民科学和自我取样的一个持续的例子，它将进一步加深这种理解。另一个研究工作研究了世界不同地区狩猎采集人群的微生物组，发现尽管地理位置不同，但人群的肠道微生物组却有着意想不到的相似性。
这些和其他宏基因组学研究的结果可能会对人类交易细菌和病毒感染的方式产生重大影响。例如，Michael Sadowsky博士使用NGS监测肠道细菌的替换艰难梭菌感染。他的研究展示了粪便移植程序如何帮助恢复健康肠道细菌的平衡。
但也有人正在努力了解环境遗传多样性以及自然存在的细菌在不同生态系统中的作用。例子包括分析密西西比河沿岸的微生物群落或研究超级基金现场存在的细菌发现它们正在分解人类添加到环境中的污染物。对于迅速扩展的环境微生物学领域，NGS正在成为一个强有力的工具，帮助研究人员确定是否需要补救措施，或衡量他们在环境恢复方面的相对成功程度。
疫情监测
公共卫生科学家和流行病学家一直在寻找有关疾病如何传播以及我们如何预防和更好地控制疫情爆发的新线索。几代人以来，流行病学一直采用基于现场的方法，研究人员向患者询问谁在哪里、何时患病。这种方法有时可以确定问题的根源，例如每个生病的人都在特定的餐厅吃饭，或在同一办公楼工作，但现场流行病学所能提供的信息及其准确性有限。
相反，NGS支持分子流行病学。基因组学被用来研究微生物之间的遗传关系，这些微生物来源于人与人之间、动物与动物之间或地方与地方之间。为了应对疫情爆发，公共卫生官员需要知道传播可能发生在何处，还需要知道特定病原体的基因组变化是如何传播的——只有当研究人员能够比较单个样本的基因组序列时，才可能知道这些信息。这是一个例子埃博拉病毒如何进入人类的案例研究．
虽然阻止埃博拉的传播需要多学科的方法，但基因组分子流行病学在持续监测工作和确定传播方法方面是有用的，如这个案子在新英格兰医学杂志在那里，一名妇女死于埃博拉病毒传播，而她的性伴侣的血液在检测中没有埃博拉病毒。
临床微生物学/病毒学
除了帮助流行病学家跟踪和应对大流行外，NGS还可以帮助临床微生物实验室提供关键信息，包括生物体是细菌、病毒、真菌还是寄生虫，以及是什么导致了致病性，如耐药性或免疫逃避。临床医生认识到，诊断猜谜游戏危及病人的护理，因为在识别微生物病原体方面的延误会增加无效治疗和感染扩散的风险。因为这个案研究描述，NGS可以为许多目前无法描述的感染提供一条前进的道路。虽然研究人员可以成功地使用NGS识别微生物病原体，但仍有一些操作、监管和战略问题需要回答，以便在临床环境中广泛采用NGS。
农业与粮食安全
除了基础研究、宏基因组学、疫情监测以及临床微生物学和病毒学应用之外，微生物基因组学还有许多其他方法可以用来改善人类健康和安全。
在食品科学和安全方面也有应用。微生物影响我们吃的许多食物的味道，例如葡萄酒和奶酪. NGS工具使食品科学实验室能够识别与口感更好的食品相关的微生物菌株。其他污染食物的病原体，如沙门氏菌、李斯特菌和大肠杆菌，导致数百万例食源性疾病。同样，NGS可用于食品质量控制操作，无论是食品生产商，政府监管机构，或下游食品公司，通过在食品进入消费者的盘子之前识别危险微生物来防止食源性疾病的传播。
NGS的另一个令人惊讶的应用可以在农业微生物学中找到。土壤中的微生物，包括细菌、真菌和其他有机体，在有机物质分解和土壤养分向植物转移中起着重要作用。在这样做的过程中，它们对粮食生产和其他农业应用至关重要。此外，这项技术还可用于识别和绘制感染粮食作物的病原体图（例如红薯和木薯).
NGS技术也是监测农业重要食物来源健康和保护其他动物(包括宠物、服务动物、动物园动物和野生动物种群)的重要工具。NGS技术可以用于测序、研究，并最终帮助阻止动物流行病，比如致命疾病猪病毒与人类疾病监测类似，基因组方法也可用于描述和跟踪个体和动物群体中的疾病。
