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微生物组研究样本制备系列——粪便样本

自然界中微生物无所不在,就人体本身来说,也一直是微生物的固有领地。以口腔为例:人类口腔中居住着约200亿个细菌,即便每天认真刷牙,还是会有10万个细菌存活下来。每天我们通过吞咽动作会吞下约1升的唾液,这其中就包含了约1千亿的细菌。

是不是很惊人?事实上,口腔中的微生物只是人体所含微生物里的冰山一角。据统计,我们身体包含了约37万亿的细胞,同时也居住着超过100万亿的微生物细胞。

这是什么概念呢?假如一个微生物细胞是一张百元大钞的话,这些人民币摞起来的高度相当于地球与月球之间距离的23倍多!

这其中大部分的微生物生活在人类的肠道中。这些肠道菌群不但数量巨大,而且菌群组成因人而异,因时而异。

随着二代测序技术的发展,我们可以跳出微生物纯培养的限制,实现对肠道微生物组的研究。通过对样本中的总核酸进行16S/18S rDNA或全基因组测序,可快速对样本中的微生物群体进行分类,甚至可精确到菌株。此外,全转录组测序可以让我们更加深入地了解微生物的功能,以及微生物与人体之间相互作用的关系。

目前已有很多关于肠道微生物组的研究报道,更有研究结果表明,肠道菌群对人体营养物质代谢、人体自身发育、免疫及多种疾病直接相关。

如何应对粪便样本处理难题

在进行测序前,我们需要对粪便样本进行核酸纯化。粪便样本是一类具有挑战性的样本,其成分复杂,且受到饮食习惯、身体状态的影响很大。

一些高糖高脂饮食习惯的人群,粪便样本中的脂类含量很高,这样的样本会影响提取时的裂解效率。此外,粪便样本中往往含有亚铁血红素、胆汁酸盐等等,这些物质的残留极大影响了核酸的提取质量,还会抑制下游PCR和二代测序反应。

针对粪便这类特殊样本,只有从源头上彻底消除上述这些抑制成分的残留,并提高样本裂解效率,才能最终获得高质量、高产量的核酸。



QIAGEN旗下的MO BIO专门针对粪便样本推出的QIAamp PowerFecal DNA Kit (#12830-50),使用了珠磨研磨和专利的抑制因子去除技术(IRT)。试剂盒中包含的0.7mm的石榴石研磨珠带有的锋利的边缘,可高效破碎细菌的细胞壁,提高DNA的产量。

专利的IRT技术通过一系列试剂的作用相继沉淀下样本中的蛋白质和抑制因子,使核酸脱离这些大分子释放到上清液中,最后经过硅胶膜柱纯化得到高质量的DNA。



下图显示了经过IRT和不经过IRT处理的核酸样本,PCR扩增结果呈现出巨大的差别。



此外,如果您需要提取粪便中RNA,或从同一份粪便样本中同时获得DNA和RNA,甚至需要更高通量的提取方案,以下的试剂都能满足不同的实验需求:
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