Serviço de Sequenciação Microbiana

O que é Sequenciação do Microbioma?

Dada a evolução das tecnologias de sequenciação de alto rendimento, os custos associados à sequenciação diminuíram de forma constante, enquanto a eficiência da sequenciação experimentou um aumento rápido. Atualmente, uma análise mais detalhada e abrangente de microrganismos é possível a um custo reduzido. A microbiómica, uma disciplina emergente, utiliza diversas tecnologias ómicas de alto rendimento para examinar comunidades microbianas e as suas funcionalidades. Isto inclui a aplicação de metodologias de sequenciação de amplicões para investigar a constituição e configuração das comunidades microbianas. Além disso, a metatranscriptómica, proteómica e metabolómica são empregues para aprofundar as funções microbianas e interações dentro das comunidades.

Estas metodologias de pesquisa inovadoras capacitam-nos a obter uma compreensão mais holística do reino microbiano, proporcionando-nos um vislumbre de uma dimensão adicional da existência microbiana. Além disso, assistidos pelo avanço do sequenciamento de alto rendimento, identificação e tecnologias de culturomics, estamos prontos para revelar uma infinidade de microrganismos previamente desconhecidos e difíceis de cultivar. O contínuo aprimoramento da tecnologia irá, de forma sistemática, descascar as camadas enigmáticas que envolvem o mundo microbiano.

Métodos de Sequenciação do Microbioma

Até recentemente, as propriedades e composições da microbiota no planeta ainda eram em grande parte uma caixa preta. O sequenciamento de nova geração (NGS) revelou-se uma ferramenta inestimável para investigar diversas comunidades microbianas ambientais e associadas ao hospedeiro, ajudando a gerar enormes novos conjuntos de dados que podem ser explorados em busca de informações sobre a composição e propriedades funcionais de um número vasto de comunidades microbianas.

As aplicações do NGS na caracterização de comunidades microbianas incluem sequenciação de amplicões (tipicamente Sequenciação de rRNA 16S para bactérias e Sequenciação de 18S rRNA/ITS para fungos), sequenciação shotgun metagenómica, sequenciação metatranscriptómica e sequenciação metagenómica viral, que podem ajudar a responder às questões de 'quem está presente na comunidade', 'o que poderiam estar a fazer' e 'como estes microrganismos interagem'. As estratégias estão delineadas na Figura 1.

Figura 1. Estratégias para o estudo de metagenómica. Adaptado de Bikel et al.., 2015.

Os Nossos Serviços de Sequenciação Microbiana

CD Genomics está comprometido em fornecer serviços inovadores de NGS que permitem aos investigadores explorar a estrutura e a função da comunidade microbiana de uma forma de alta resolução e independente de cultura, utilizando tecnologia da Illumina e da PacBio. Além disso, também oferecemos o serviço de sequenciamento do genoma de bactérias, fungos, fagos ou vírus cultivados individualmente, seja qual for. do novo ou re-sequenciamento. Os nossos excecionais portfólios de serviços de sequenciação microbiana incluem:

• Sequenciação de Amplicões 16s/18s/ITS

  • A CD Genomics oferece serviços abrangentes de sequenciação de amplicões 16S, 18S e ITS para ajudar os investigadores a explorar a diversidade microbiana das suas amostras. Ao direcionar marcadores genéticos específicos, este método proporciona uma identificação e classificação precisas de bactérias, arqueias e fungos, o que é crucial para vários estudos ecológicos e relacionados com a saúde.

• Sequenciação Metagenómica por Shotgun

  • O sequenciamento metagenómico por shotgun permite a análise de todo o conteúdo genético de uma comunidade microbiana numa amostra. A CD Genomics destaca-se na prestação deste serviço, permitindo aos investigadores descobrir o espectro completo da diversidade e funcionalidade microbiana, essencial para compreender ecossistemas microbianos complexos.

• Sequenciação Metagenómica Viral

  • O sequenciamento metagenómico viral foca-se na caracterização de toda a população viral dentro de uma amostra. A CD Genomics oferece este serviço avançado para ajudar os investigadores a explorar a diversidade viral, as tendências evolutivas e as interacções entre hospedeiros e vírus, fornecendo informações vitais para estudos de virologia e ecológicos envolvendo vírus.

• Sequenciação Metatranscriptómica

  • A sequenciação metatranscriptómica captura os transcritos de RNA ativos de uma comunidade microbiana, oferecendo uma visão instantânea da expressão génica e da atividade metabólica. A CD Genomics fornece serviços especializados de sequenciação metatranscriptómica, ajudando os investigadores a compreender a dinâmica funcional das comunidades microbianas em resposta a alterações ambientais.

• Sequenciação do Genoma Completo Microbiano

  • A CD Genomics oferece serviços detalhados de sequenciação do genoma completo de microrganismos, mapeando todo o panorama genético dos mesmos. Esta abordagem é indispensável para o estudo da genética microbiana, evolução e potencial nocivo, permitindo aos investigadores descobrir novas estirpes e compreender a base genética do comportamento microbiano.

• Sequenciação de Amplicões Absoluta Quantitativa 16s/18s/ITS

  • Para investigadores que necessitam de quantificação precisa de populações microbianas, a CD Genomics oferece sequenciação de amplicões quantitativa absoluta. Esta técnica fornece contagens exatas de sequências-alvo numa amostra, crucial para comparar com precisão as cargas microbianas e dinâmicas em diferentes condições.

• Identificação Microbiana

  • A identificação microbiana precisa é vital para aplicações que vão desde serviços médicos até monitorização ambiental. A CD Genomics oferece serviços de identificação microbiana de alta qualidade, utilizando tecnologias de sequenciação de última geração, garantindo uma classificação fiável e precisa para apoiar diversas necessidades de investigação e industriais.

Os nossos especialistas de nível de doutoramento podem aconselhá-lo ao longo de todo o processo, tanto na fase de conceção do projeto como na implementação do projeto, no que diz respeito à preparação de amostras e à abordagem técnica a utilizar, esforçando-se por minimizar o custo de sequenciação enquanto maximiza a saída de dados de alta qualidade. Após a sequenciação, o nosso especialista em bioinformática pode ajudá-lo nas análises do seu projeto e na interpretação dos dados de sequenciação para atender aos requisitos de publicação ou aplicação.

Principais Características e Vantagens:

• Pipelines de última geraçãopessoal experiente em design experimental, manuseio de amostras, extração de DNA, preparação de bibliotecas, sequenciação, análise de dados e interpretação.
• Procedimentos de sequenciação eficientes e fiáveisUtilizamos instrumentos de sequenciação da Illumina e da PacBio atualizados, tecnologias de sequenciação de ponta e um fluxo de trabalho padrão para garantir a precisão e a fiabilidade dos resultados.
• Serviço excecionalCom especialistas altamente qualificados, fornecemos sequências base de alta qualidade, controlos de qualidade rigorosos, análises bioinformáticas abrangentes utilizando as mais recentes bases de dados de sequências e ferramentas de software, gerando dados prontos para publicação.
• Preço acessível com prazos de entrega rápidosAs nossas altas taxas de sucesso e dados de qualidade evitam experiências e sequências dispendiosas.
• Atendimento ao cliente personalizado.

Aplicação do Serviço de Sequenciamento Microbiano

• Análise da Comunidade MicrobianaA análise da comunidade microbiana utiliza tecnologia de sequenciação para identificar e quantificar as diferentes espécies microbianas presentes em um ecossistema. Isto é crucial para compreender a saúde ambiental, a fertilidade do solo e a qualidade da água. Por exemplo, a análise das comunidades microbianas do solo pode fornecer informações sobre as alterações na fertilidade do solo.
• Análise Microbiana em Contextos MédicosEm ambientes de serviços médicos, o sequenciamento microbiano é utilizado para a deteção rápida e precisa de agentes infecciosos. Ao contrário das técnicas de cultura convencionais que requerem vários dias, os métodos de sequenciamento avançados podem fornecer dados genómicos de patógenos em poucas horas, auxiliando na tomada de decisões de intervenção em saúde de forma oportuna e eficiente.
• Pesquisa sobre Microbioma e SaúdeO impacto do microbioma na saúde humana é cada vez mais reconhecido. O sequenciamento ajuda os investigadores a descobrir como os microbiomas são estudados no contexto da dinâmica das comunidades microbianas, como o estudo dos microbiomas intestinais para entender as suas ligações com a síndrome metabólica, a obesidade e outras doenças.
• Descoberta de Compostos Bioativos MicrobianosA sequenciação microbiana ajuda a identificar compostos bioativos de micróbios ambientais. Ao analisar comunidades microbianas em ecossistemas terrestres e marinhos, os investigadores podem descobrir metabolitos com potenciais aplicações em biotecnologia e ciência ambiental.
• Aplicações IndustriaisEm ambientes industriais, o sequenciamento microbiano otimiza os processos de fermentação. Por exemplo, na indústria alimentar e de bebidas, o sequenciamento pode acompanhar a dinâmica microbiana durante a fermentação, melhorando a consistência e a qualidade do produto.
• Monitorização AmbientalA sequenciação microbiana ajuda na monitorização ambiental ao detectar poluentes ou microrganismos prejudiciais. A análise de amostras de água, ar ou solo pode revelar fontes de poluição e ajudar na tomada de ações corretivas em tempo útil.
• Biologia SintéticaNa biologia sintética, o sequenciamento microbiano apoia o design e a otimização de microrganismos engenheirados. Estes micróbios podem realizar funções metabólicas específicas ou produzir novos compostos, contribuindo para aplicações em biofabricação e remediação ambiental.

Referência

1. Bikel S., et al.Combinação de metagenómica, metatranscriptómica e viromica para explorar novas interacções microbianas: rumo a uma compreensão a nível de sistemas do microbioma humano. Revista de Biotecnologia Computacional e Estrutural2015, 13:390-401.

Gráfico de barras da abundância de espécies

A partir das tabelas de abundância relativa em diferentes níveis taxonómicos, foram selecionadas as 10 espécies com a maior abundância relativa em cada amostra ou grupo. As restantes espécies foram coletivamente categorizadas como "Outros." Subsequentemente, foram gerados gráficos de barras que representam as anotações de abundância relativa das espécies em vários níveis taxonómicos para cada amostra correspondente.

Figura 1 Gráfico de Barras de Abundância Relativa

Anotação do Número de Genes e Análise de Agrupamento da Abundância Relativa

A partir das tabelas de abundância relativa em diferentes níveis taxonómicos, foi selecionado um subconjunto composto pelos 35 géneros principais com base nas suas classificações de abundância. Subsequentemente, foi gerado um mapa de calor, ilustrando a informação de abundância destes géneros em cada amostra respetiva. Foi realizada uma análise de agrupamento ao nível das espécies para melhorar a visualização dos resultados e a recuperação de informações, identificando assim as espécies que exibem níveis mais elevados de agregação dentro das amostras.

Figura 2: Mapa de calor do número de genes e agrupamento de abundância

Análise da Curva de Diluição

A curva de diluição envolve a extração aleatória de um volume específico de sequenciamento de uma amostra, seguida pela enumeração estatística das espécies representadas (ou seja, OTUs ou Unidades Taxonómicas Operacionais). A curva é construída plotando o volume de dados de sequenciamento extraído contra a contagem de espécies correspondente. A curva de diluição reflete diretamente a razoabilidade do volume de dados de sequenciamento e indica indiretamente a riqueza de espécies dentro da amostra. Quando a curva se aproxima de um platô, isso significa que o volume de dados de sequenciamento está a atingir um nível razoável, e dados adicionais provavelmente resultariam apenas em um aumento marginal na deteção de novas espécies (OTUs).

Figura 3: Curva de Diluição

Análise da Diversidade Alfa

A Diversidade Alfa é utilizada para avaliar a diversidade da comunidade microbiana dentro de amostras individuais (dentro da comunidade). Através da análise da diversidade dentro de uma única amostra (Diversidade Alfa), reflete a riqueza e diversidade das comunidades microbianas nessa amostra. Esta análise inclui o uso de boxplots de acumulação de espécies, curvas de diversidade de espécies e uma série de índices estatísticos para avaliar diferenças na riqueza e diversidade de espécies entre as comunidades microbianas de várias amostras.

Figura 4: Boxplot de Acumulação de Espécies

Análise da Diversidade Beta

A Diversidade Beta envolve uma análise comparativa da composição da comunidade microbiana entre amostras distintas. Inicialmente, com base nos resultados da anotação de espécies e nas informações de abundância das Unidades Taxonómicas Operacionais (OTUs) em todas as amostras, é gerada uma tabela de abundância de espécies (Tabela de Perfil) ao consolidar OTUs com classificações idênticas. Simultaneamente, aproveitando as relações filogenéticas entre as OTUs, são calculadas as distâncias Unifrac, especificamente o Unifrac Não Ponderado. Esta abordagem fornece uma avaliação abrangente das dissemelhanças na estrutura da comunidade microbiana entre várias amostras.

Figura 5: Mapa de calor dos Índices de Diversidade Beta

Análise LEfSe

LEfSe (Análise de Discriminante Linear do Tamanho do Efeito) é uma ferramenta analítica utilizada para a descoberta e interpretação de marcadores biológicos de alta dimensão, incluindo genes, vias e unidades taxonómicas. Projetada para comparar dois ou mais grupos, a LEfSe enfatiza a significância estatística e a relevância biológica, permitindo a identificação de biomarcadores com diferenças significativas entre grupos. Isso capacita os investigadores a discernir características de abundâncias variadas e suas categorias associadas.

Os resultados estatísticos do LEfSe abrangem três componentes: um gráfico de barras que ilustra a distribuição dos valores da Análise Discriminante Linear (LDA), uma árvore filogenética que ilustra as relações evolutivas e um gráfico comparativo que mostra as diferenças de abundância de biomarcadores estatisticamente significativos entre diferentes grupos. Estes resultados fornecem, coletivamente, uma visão abrangente das características discriminatórias que contribuem para as distinções observadas entre os grupos.

Figura 6: Histograma da distribuição dos valores LDA

Figura 7: Árvore Filogenética

Análise de Correlação de Fatores Ambientais

A Análise de Correspondência Canónica (CCA) e a Análise de Redundância (RDA) são métodos principais utilizados para elucidar as relações entre comunidades microbianas e fatores ambientais. Estas análises facilitam a exploração de associações entre fatores ambientais, amostras e comunidades microbianas, revelando padrões intricados de conexões. Ao empregar estas técnicas, é possível identificar os principais fatores ambientais que influenciam a distribuição das amostras. Assim, a CCA e a RDA fornecem informações valiosas sobre a complexa interação entre comunidades microbianas e as condições ambientais em análise.

Figura 8: Gráfico de Análise de Correspondência Canónica (CCA)