研究人員開發出一種”智慧鑷子”，能從數以萬億計的微生物組中挑選出特定的細菌菌株，並以比現有方法更具成本和資源效益的方式對其基因組進行測序。這種多功能工具可以實現微生物組的精準研究，並在疾病診斷和治療方面取得突破。

細菌基因組定序大大提高了我們對許多細菌病原體生物學特性的了解，並確定了新型抗生素標靶。說到微生物組，研究人員往往只想研究一種細菌，而不是所有細菌。問題在於，特定細菌只是複雜環境的一部分，複雜環境包括其他細菌、病毒、真菌和宿主細胞，每種細菌都有自己同樣複雜的DNA。

目前，科學家需要從給定的樣本中分離出特定的細菌菌株，並使用培養基選擇性地培養該菌株。這是一個耗費時間和資源的過程，並不適用於所有細菌。不過，美國西奈山伊坎醫學院的研究人員推出了一種創新方法–mEnrich-seq，旨在大幅提高微生物組研究水平。

該研究的通訊作者方剛（音譯）說：”想像一下，你是一名科學家，需要研究複雜環境中的一種特定類型的細菌。mEnrich-seq基本上為研究人員提供了一個’智能鑷子’，讓他們可以拾起他們感興趣的部分。”

在開發mEnrich-seq的過程中，研究人員的目標是在定序前將細菌彼此區分開來，以富集感興趣的細菌並去除背景DNA。為此，該工具利用了天然存在的細菌DNA甲基化基序，即細菌DNA上的”秘密代碼”，細菌利用這些代碼將自己區分開來，作為其自身免疫系統的一部分。事實上，在”mEnrich-seq”這個名字中，”m”代表甲基化，”seq”代表定序。

一旦被”智能鑷子”夾出，研究人員就能組裝出目標細菌的一個或多個基因組，從而對其進行更精確的研究。研究人員利用mEnrich-seq 對三名尿路感染（UTI）患者的尿液樣本進行了分析，重建了大腸桿菌的基因組，從而展示了mEnrich-seq 的能力。他們發現，該工具涵蓋了所有三個樣本中99.97% 以上的基因組，能夠全面分析每個基因組中的抗生素抗藥性基因。與標準方法相比，mEnrich-seq 有助於對尿液微生物組中的大腸桿菌基因組進行無培養研究，靈敏度更高（細菌的相對豐度更低）。

隨後，他們將注意力轉向了Akkermansia muciniphila，這是一種定植於腸道的細菌，與肥胖和2 型糖尿病等疾病有關。眾所周知，從糞便樣本中分離這種細菌也很困難。然而，研究人員利用mEnrich-seq 技術做到了這一點，涵蓋了三個樣本中99.7% 以上的黏液痢疾桿菌基因組。

研究人員說，mEnrich-seq 為微生物組研究提供了一種更經濟的方法，尤其有利於資源有限的大規模研究，從而為各個研究領域開闢了新天地。他們說，mEnrich-seq 可以聚焦於多種細菌，是研究和臨床應用的多功能工具。透過更有針對性的微生物組研究，mEnrich-seq 可以加速新診斷工具和治療方法的開發。

“mEnrich-seq最令人興奮的一點是它有可能發現先前遺漏的細節，例如傳統定序方法由於靈敏度不夠而無法檢測到的抗生素抗藥性基因，」Fang說。”這可能是在應對全球抗生素抗藥性問題上邁出的重要一步。”

研究人員計劃改進這項工具，以進一步提高其效率並擴大其應用範圍。設想mEnrich-seq在未來的微生物組研究和臨床應用中將成為一種靈敏而多用途的工具。

這項研究發表在《自然-方法》（Nature Methods）期刊。