Service de séquençage microbien

Qu'est-ce que le séquençage du microbiome ?

Étant donné les progrès réalisés dans les technologies de séquençage à haut débit, les coûts associés au séquençage ont progressivement diminué, tandis que l'efficacité du séquençage a connu une augmentation rapide. Actuellement, un examen plus approfondi et étendu des microorganismes est réalisable à un coût réduit. La microbiomique, une discipline naissante, utilise diverses technologies omiques à haut débit pour examiner les communautés microbiennes et leurs fonctionnalités. Cela comprend l'application de méthodologies de séquençage d'amplicons pour étudier la constitution et la configuration des communautés microbiennes. De plus, la métatranscriptomique, la protéomique et la métabolomique sont utilisées pour explorer les fonctions microbiennes et les interactions au sein des communautés.

Ces méthodologies de recherche innovantes nous permettent d'acquérir une compréhension plus holistique du royaume microbien, nous offrant un aperçu d'une dimension supplémentaire de l'existence microbienne. De plus, aidés par l'avancement des technologies de séquençage à haut débit, d'identification et de culturomique, nous sommes prêts à dévoiler une myriade de micro-organismes auparavant inconnus et difficiles à cultiver. Le perfectionnement continu de la technologie permettra de déchirer systématiquement les couches énigmatiques qui enveloppent le monde microbien.

Méthodes de séquençage du microbiome

Jusqu'à récemment, les propriétés et les compositions de la microbiote de la planète demeuraient en grande partie une boîte noire. Le séquençage de nouvelle génération (NGS) s'est révélé être un outil inestimable pour l'étude des communautés microbiennes environnementales et associées à l'hôte, contribuant à générer d'énormes nouveaux ensembles de données pouvant être exploités pour obtenir des informations sur la composition et les propriétés fonctionnelles d'un nombre considérable de communautés microbiennes.

Les applications du séquençage de nouvelle génération (NGS) dans le profilage des communautés microbiennes incluent séquençage d'amplicons (typiquement Séquençage de l'ARNr 16S pour les bactéries et Séquençage de l'ARNr 18S/ITS pour les champignons), séquençage shotgun métagénomique, séquençage métatranscriptomique et séquençage métagénomique viral, ce qui peut aider à répondre aux questions de « qui est présent dans la communauté », « que pourraient-ils faire » et « comment ces micro-organismes interagissent ». Les stratégies sont décrites dans la Figure 1.

Figure 1. Stratégies pour l'étude de la métagénomique. Adapté de Bikel et al.., 2015.

Nos services de séquençage microbien

CD Genomics s'engage à fournir des services de NGS novateurs permettant aux chercheurs d'explorer la structure et la fonction de la communauté microbienne de manière haute résolution et indépendante des cultures, en utilisant la technologie d'Illumina et de PacBio. De plus, nous proposons également le service de séquençage du génome des bactéries, champignons, phages ou virus cultivés individuellement, que ce soit de novo ou re-séquencement. Nos portefeuilles de services de séquençage microbien exceptionnels comprennent :

• Séquençage d'Amplicon 16s/18s/ITS

  • CD Genomics propose des services complets de séquençage d'amplicons 16S, 18S et ITS pour aider les chercheurs à explorer la diversité microbienne de leurs échantillons. En ciblant des marqueurs génétiques spécifiques, cette méthode permet une identification et une classification précises des bactéries, archées et champignons, ce qui est crucial pour diverses études écologiques et liées à la santé.

• Séquençage shotgun métagénomique

  • Le séquençage shotgun métagénomique permet d'examiner l'ensemble du contenu génétique d'une communauté microbienne dans un échantillon. CD Genomics excelle dans la fourniture de ce service, permettant aux chercheurs de découvrir l'ensemble du spectre de la diversité microbienne et de sa fonctionnalité, essentiel pour comprendre les écosystèmes microbiens complexes.

• Séquençage métagénomique viral

  • Le séquençage métagénomique viral se concentre sur la caractérisation de l'ensemble de la population virale au sein d'un échantillon. CD Genomics propose ce service avancé pour aider les chercheurs à explorer la diversité virale, les tendances évolutives et les interactions hôte-virus, fournissant des informations essentielles pour les études en virologie et écologiques impliquant des virus.

• Séquençage métatranscriptomique

  • Le séquençage métatranscriptomique capture les transcrits d'ARN actifs d'une communauté microbienne, offrant un aperçu de l'expression génique et de l'activité métabolique. CD Genomics propose des services de séquençage métatranscriptomique experts, aidant les chercheurs à comprendre les dynamiques fonctionnelles des communautés microbiennes en réponse aux changements environnementaux.

• Séquençage du génome entier microbien

  • CD Genomics propose des services de séquençage du génome entier des micro-organismes, cartographiant l'ensemble du paysage génétique des micro-organismes. Cette approche est indispensable pour étudier la génétique microbienne, l'évolution et le potentiel nuisible, permettant aux chercheurs de découvrir de nouvelles souches et de comprendre la base génétique du comportement microbien.

• Séquençage d'Amplicon Quantitatif Absolu 16s/18s/ITS

  • Pour les chercheurs ayant besoin d'une quantification précise des populations microbiennes, CD Genomics propose un séquençage d'amplicons quantitatif absolu. Cette technique fournit des comptages exacts des séquences cibles dans un échantillon, ce qui est crucial pour comparer avec précision les charges microbiennes et les dynamiques dans différentes conditions.

• Identification microbienne

  • L'identification microbienne précise est essentielle pour des applications allant des services médicaux à la surveillance environnementale. CD Genomics propose des services d'identification microbienne de premier ordre en utilisant des technologies de séquençage à la pointe, garantissant une classification fiable et précise pour soutenir divers besoins de recherche et industriels.

Nos spécialistes au niveau doctorat peuvent vous conseiller tout au long du processus, tant lors de la phase de conception du projet que pendant la mise en œuvre du projet concernant la préparation des échantillons et l'approche technique à adopter, s'efforçant de minimiser le coût du séquençage tout en maximisant la qualité des données produites. Après le séquençage, notre spécialiste en bioinformatique peut vous aider avec les analyses de votre projet et l'interprétation des données de séquence pour répondre aux exigences de publication ou d'application.

Caractéristiques clés et avantages :

• Pipelines à la pointe de la technologie: personnel expérimenté en conception expérimentale, manipulation d'échantillons, extraction d'ADN, préparation de bibliothèques, séquençage, analyse des données et interprétation.
• Procédures de séquençage efficaces et fiablesNous utilisons des instruments de séquençage Illumina et PacBio à la pointe de la technologie, des technologies de séquençage de pointe et un flux de travail standard pour garantir l'exactitude et la fiabilité des résultats.
• Service exceptionnelAvec des spécialistes hautement qualifiés, nous fournissons des séquences de base de haute qualité, des contrôles de qualité rigoureux, des analyses bioinformatiques complètes utilisant les dernières bases de données de séquences et outils logiciels, générant des données prêtes pour publication.
• Prix compétitif avec des délais d'exécution rapidesNos taux de réussite élevés et la qualité de nos données évitent des expériences et des séquençages coûteux à répéter.
• Service client personnalisé.

Application du service de séquençage microbien

• Analyse de la communauté microbienneL'analyse des communautés microbiennes utilise la technologie de séquençage pour identifier et quantifier les différentes espèces microbiennes présentes dans un écosystème. Cela est crucial pour comprendre la santé environnementale, la fertilité des sols et la qualité de l'eau. Par exemple, l'analyse des communautés microbiennes du sol peut fournir des informations sur les changements de fertilité du sol.
• Analyse microbienne dans des contextes médicauxDans les environnements de services médicaux, le séquençage microbien est utilisé pour la détection rapide et précise des agents infectieux. Contrairement aux techniques de culture conventionnelles qui nécessitent plusieurs jours, les méthodes de séquençage avancées peuvent fournir des données génomiques sur les pathogènes en quelques heures, aidant ainsi à des décisions d'intervention sanitaire rapides et efficaces.
• Recherche sur le microbiome et la santéL'impact du microbiome sur la santé humaine est de plus en plus reconnu. Le séquençage aide les chercheurs à découvrir comment les microbiomes sont étudiés dans le contexte de la dynamique des communautés microbiennes, comme l'étude des microbiomes intestinaux pour comprendre leurs liens avec le syndrome métabolique, l'obésité et d'autres maladies.
• Découverte de composés bioactifs microbiensLe séquençage microbien aide à identifier des composés bioactifs provenant de microbes environnementaux. En analysant les communautés microbiennes dans les sols et les écosystèmes marins, les chercheurs peuvent découvrir des métabolites ayant des applications potentielles en biotechnologie et en science de l'environnement.
• Applications industriellesDans les environnements industriels, le séquençage microbien optimise les processus de fermentation. Par exemple, dans l'industrie alimentaire et des boissons, le séquençage peut suivre la dynamique microbienne pendant la fermentation, améliorant ainsi la cohérence et la qualité des produits.
• Surveillance environnementaleLe séquençage microbien aide à la surveillance environnementale en détectant les polluants ou les micro-organismes nuisibles. L'analyse des échantillons d'eau, d'air ou de sol peut révéler les sources de pollution et aider à prendre des mesures correctives en temps opportun.
• Biologie synthétiqueDans la biologie synthétique, le séquençage microbien soutient la conception et l'optimisation de microorganismes génétiquement modifiés. Ces microbes peuvent effectuer des fonctions métaboliques spécifiques ou produire de nouveaux composés, contribuant ainsi à des applications dans la biofabrication et la dépollution environnementale.

Référence

1. Bikel S., et al.Combinaison de la métagénomique, de la métatranscriptomique et de la viromique pour explorer de nouvelles interactions microbiennes : vers une compréhension systémique du microbiome humain. Journal de biotechnologie computationnelle et structurale2015, 13:390-401.

Graphique à barres de l'abondance des espèces

À partir des tableaux d'abondance relative à différents niveaux taxonomiques, les 10 espèces ayant la plus grande abondance relative dans chaque échantillon ou groupe ont été sélectionnées. Les espèces restantes ont été collectivement classées sous le terme "Autres". Par la suite, des graphiques en barres représentant les annotations d'abondance relative des espèces à travers divers niveaux taxonomiques ont été générés pour chaque échantillon correspondant.

Figure 1 Graphique à barres de l'abondance relative

Annotation du nombre de gènes et analyse de clustering de l'abondance relative

À partir des tableaux d'abondance relative à différents niveaux taxonomiques, un sous-ensemble comprenant les 35 genres les plus abondants en fonction de leurs classements d'abondance a été sélectionné. Par la suite, une carte thermique a été générée, illustrant les informations d'abondance de ces genres dans chaque échantillon respectif. Une analyse de regroupement a été réalisée au niveau des espèces pour améliorer la visualisation des résultats et la récupération d'informations, permettant ainsi d'identifier les espèces présentant des niveaux d'agrégation plus élevés au sein des échantillons.

Figure 2 : Carte thermique des nombres de gènes et du regroupement d'abondance

Analyse de la courbe de dilution

La courbe de dilution implique l'extraction aléatoire d'un volume de séquençage spécifique à partir d'un échantillon, suivie de l'énumération statistique des espèces représentées (c'est-à-dire, les OTUs ou Unités Taxonomiques Opérationnelles). La courbe est construite en traçant le volume de données de séquençage extrait par rapport au nombre d'espèces correspondant. La courbe de dilution reflète directement la raisonnabilité du volume de données de séquençage et indique indirectement la richesse des espèces au sein de l'échantillon. Lorsque la courbe s'approche d'un plateau, cela signifie que le volume de données de séquençage atteint un niveau raisonnable, et des données supplémentaires ne produiraient probablement qu'une augmentation marginale de la détection de nouvelles espèces (OTUs).

Figure 3 : Courbe de dilution

Analyse de la diversité alpha

La diversité alpha est utilisée pour évaluer la diversité des communautés microbiennes au sein d'échantillons individuels (au sein de la communauté). Grâce à l'analyse de la diversité au sein d'un seul échantillon (diversité alpha), elle reflète la richesse et la diversité des communautés microbiennes dans cet échantillon. Cette analyse comprend l'utilisation de diagrammes en boîte d'accumulation des espèces, de courbes de diversité des espèces et d'une série d'indices statistiques pour évaluer les différences de richesse et de diversité des espèces à travers les communautés microbiennes de divers échantillons.

Figure 4 : Boîte à moustaches de l'accumulation des espèces

Analyse de la diversité bêta

La diversité bêta implique une analyse comparative de la composition des communautés microbiennes à travers des échantillons distincts. Initialement, sur la base des résultats d'annotation des espèces et des informations d'abondance des Unités Taxonomiques Opérationnelles (OTUs) à travers tous les échantillons, un tableau d'abondance des espèces (tableau de profilage) est généré en consolidant les OTUs ayant des classifications identiques. Simultanément, en s'appuyant sur les relations phylogénétiques entre les OTUs, les distances Unifrac, spécifiquement Unifrac non pondéré, sont calculées. Cette approche fournit une évaluation complète des dissimilarités dans la structure des communautés microbiennes parmi divers échantillons.

Figure 5 : Carte thermique des indices de diversité bêta

Analyse LEfSe

LEfSe (Analyse de la taille de l'effet par analyse discriminante linéaire) est un outil analytique utilisé pour la découverte et l'interprétation de marqueurs biologiques de haute dimension, y compris les gènes, les voies métaboliques et les unités taxonomiques. Conçu pour comparer deux groupes ou plus, LEfSe met l'accent sur la signification statistique et la pertinence biologique, permettant l'identification de biomarqueurs présentant des différences significatives entre les groupes. Cela permet aux chercheurs de discerner des caractéristiques de différentes abondances et leurs catégories associées.

Les résultats statistiques de LEfSe comprennent trois composants : un graphique à barres illustrant la distribution des valeurs d'Analyse Discriminante Linéaire (LDA), un arbre phylogénétique illustrant les relations évolutives, et un graphique comparatif montrant les différences d'abondance des biomarqueurs statistiquement significatifs entre différents groupes. Ces résultats offrent collectivement un aperçu complet des caractéristiques discriminantes contribuant aux distinctions observées entre les groupes.

Figure 6 : Histogramme de distribution des valeurs LDA

Figure 7 : Arbre phylogénétique

Analyse de corrélation des facteurs environnementaux

L'analyse canonique des correspondances (CCA) et l'analyse de redondance (RDA) sont des méthodes principales utilisées pour élucider les relations entre les communautés microbiennes et les facteurs environnementaux. Ces analyses facilitent l'exploration des associations entre les facteurs environnementaux, les échantillons et les communautés microbiennes, révélant des motifs complexes de connexions. En utilisant ces techniques, il est possible d'identifier les principaux facteurs environnementaux influençant la distribution des échantillons. Ainsi, la CCA et la RDA fournissent des informations précieuses sur l'interaction complexe entre les communautés microbiennes et les conditions environnementales examinées.

Figure 8 : Graphique d'Analyse de Correspondance Canonique (ACC)