微生物組學
深度剖析宿主與環境微生物群落演變，揭示微生態與健康的複雜交互。
微生物重測序
微生物重測序是一種針對已有參考基因體的微生物（細菌、真菌、病毒等），透過高通量測序技術對其基因體進行深度測序與精準分析的技術。其核心特色是依託已知參考基因體，無須對未知基因體進行從頭組裝（de novo），僅聚焦於基因體的變異解析與功能關聯。微生物基因體大小通常在 0.5–10 Mb（細菌）至數十 Mb（真菌）之間，雖無「外顯子」與「非編碼區」的明確劃分，但基因體中約 90% 以上序列均為功能基因相關區域，是微生物表型差異的核心驅動因素。相較於微生物從頭測序，MWGS 具顯著優勢：成本降低 60%–80%、資料分析效率提升 5–10 倍、測序深度可輕鬆達到 50×–500×，能精準捕獲低頻變異。目前已成為微生物分型溯源、抗藥機制研究、臨床感染診斷、疫情防控等領域的核心技術，尤其適合大樣本量的菌株監測與族群演化分析。
原理介紹
微生物重測序的技術核心是參考基因體比對＋變異精準辨識，具體流程如下：樣品處理與核酸萃取，從純培養菌株、臨床樣品或環境樣品中分離目標微生物，萃取高品質基因體 DNA；測序文庫建構，將基因體 DNA 隨機打斷為 200–500 bp 的小片段，連接測序接頭與索引序列，建構標準化測序文庫；高通量測序，透過二代或三代測序平台測序，依研究目的控制測序深度；資料比對與品控，將產生的短 reads 與對應微生物參考基因體比對，過濾低品質 reads、重複序列及宿主污染序列；變異偵測與註釋，運用生物資訊工具辨識基因體中的單核苷酸多型性（SNP）、小片段插入缺失（InDel）、基因拷貝數變異（CNV）、基因水平轉移（HGT）等變異；結合專業資料庫對變異進行功能註釋，關聯表型特徵。此技術透過「聚焦變異、深度覆蓋」策略，以低成本、高效率實現微生物基因體的精準解析，為後續表型驗證與機制研究提供核心資料支撐。
文獻案例
《Nature Genetics》期刊發表題為「Insights into Yersinia pestis evolution through rearrangement analysis of 242 complete genomes」的研究，透過 MWGS 取得 242 株鼠疫菌的完整基因體，鑑定出 459 個基因體重排事件，涉及 426 個「共線性板塊」。重排主要由 4 類插入序列（IS）介導（佔比超 90%），其中 IS1661 與 IS100 活性最高；重排事件受正向選擇，全基因體辨識出 43 個重排熱點區域（如與溫度應激調控相關的 rpsO-pnp 操縱子）。解析了鼠疫菌五大譜系中 Branch 1 與 Branch 2 的「逐步式」重排過程，澄清第三次鼠疫大流行（1.ORI 分支）的多分支結構；發現低毒力族群（0.PE4B、0.PE4C）具有獨特重排模式（3 個基因失活、17 個基因間區域重排），涉及多個毒力相關基因，可能與其致病性降低有關；rpsO-pnp 操縱子的重排（斷裂與重新連接）顯著影響溫度脅迫響應基因的表達，揭示重排對細菌環境適應性的作用。
送樣標準
細菌/真菌純培養物≥1×10⁸ CFU；
痰液、膿液、腦脊液、血液（需分離病原體）≥2 mL（液體樣品）或≥0.2 g（固體樣品）；
土壤≥5 g、水體≥10 mL、沉積物≥5 g；
基因體 DNA 總量≥1 μg；
FFPE 切片 5–10 μm 厚度≥10 張，組織面積≥20 mm²。
交付內容
資料品質控制報告
包含測序品質評估、資料產量統計、宿主/雜菌污染去除效率、參考基因體比對率；
變異偵測與註釋結果
變異資訊表、功能註釋表；
分析與解讀報告
檢測結論，明確菌株分型結果、抗藥表型預測、毒力特徵評估；結果解讀，解釋核心變異的功能影響、與參考菌株的演化關係（演化樹視覺化）、傳播簇分析。
常見問題
可精準偵測單核苷酸多型性（SNP）、小片段插入缺失（InDel，長度≤50 bp）、基因拷貝數變異（CNV）、基因缺失/重複、插入序列（IS）元件移動、基因水平轉移（HGT）等變異；結合特定分析流程，亦可進行性拷貝基因檢測、前噬菌體序列辨識等。
臨床樣品通常含大量宿主細胞，其 DNA 佔據 50%–90% 的測序資料量，導致目標微生物測序深度不足，無法準確偵測低頻變異。透過特異性探針捕獲、離心富集微生物、核酸酶消化宿主 DNA 等技術，可將微生物 DNA 比例提升至 80% 以上，確保資料有效性。
不適合。微生物重測序依賴已知參考基因體進行 reads 比對與變異分析，若無參考基因體，需先進行從頭測序（de novo assembly）建構基因體草圖，再進行後續變異分析，但成本增加 3–5 倍，分析週期延長 1–2 週。此時更建議直接選擇從頭測序方案。
測序深度需依研究目的選擇：①常規菌株分型與核心變異偵測：30–50× 深度即可滿足需求；②抗藥基因檢測、低頻變異分析：需 100× 以上深度；③宏基因體中的目標微生物重測序：需 200× 以上深度，以覆蓋低豐度微生物；深度過高會增加成本，過低則導致變異偵測偽陰性率升高。
