宏基因組學已經非常成功地從宏基因組，也就是宏基因組組裝基因組(MAG)生成候選物種水平的基因組，這種方法極大地增加了我們對生物多樣性的認識。典型的MAG工作流程包括從一個或多個宏基因組數據集從頭組裝contig，然后根據組成和豐度信息將這些contigs“分揀”到物種級別的箱子中，不過這些“箱子”往往不包含accessory element或宿主-質粒關聯。在Meta Hi-C/3C中，細胞之間幾乎不存在互作，表現在數據層面就是同一物種的互作遠遠高于物種間的互作，從而達到宏基因組分箱的目的。同時利用該原理，可以通過檢測移動元件與宿主之間的互作關系來判斷移動元件所屬的宿主，在耐藥基因的傳播途徑解析、噬菌體-宿主關系解析等方面應用廣泛。下面“借”近期兩篇Meta C文章，來一覽它的最新實際應用。
Meta Hi-C揭示了健康人類腸道的噬菌體-細菌相互作用網絡
題目：MetaHiC phage-bacteria infection network reveals active cycling phages of the healthy human gut
期刊：Elife
研究對象：人類腸道微生物
發表時間：2021年2月
研究方法：Meta Hi-C，Meta 3C
研究團隊：法國巴斯德研究所
噬菌體在調節腸道人類微生物群組成、動力學和體內平衡方面具有重要作用，可以對其細菌宿主進行表征以了解它們的影響。該研究對10個健康人類腸道樣本應用宏基因組Hi-C方法，通過捕獲和量化噬菌體在其細菌宿主內復制過程中的DNA-DNA碰撞，揭示了一個大型相互作用網絡。
研究思路
該研究得到的高質量Meta Hi-C數據中，組裝得到近150萬個contig，經過分箱和評估，得到了304個高質量和411個中級質量的MAG，分析注釋得到的噬菌體contig，了解到大多數噬菌體是特異性的且僅感染一種細菌。并且有6000個以上的相互作用將MAG和噬菌體序列連接了起來，從而可以研究原位噬菌體-宿主比率，進而得知有關噬菌體新陳代謝的見解。盡管這些噬菌體序列中有四分之三似乎是休眠的溶原性噬菌體，但相當大比例（~5%）的噬菌體群體的測序read覆蓋率高于其特定的宿主的，這表明這些噬菌體正在積極的分裂。
另外，CrAss樣噬菌體代表了廣泛存在于人類腸道中的一大類噬菌體，crAss樣噬菌體的宿主多樣性在此之前都相對難以捉摸。該研究檢測到17個crAss樣噬菌體家族成員的序列，對于它們中的每一個，該研究都確定了一個獨特的細菌宿主，并且都屬于擬桿菌屬。因此，Meta Hi-C以高特異性破譯了微生物種群的相互作用網絡，為復雜生態系統中移動遺傳元件的動態分析鋪平了道路。通過這種方法在單個樣本中確定噬菌體的宿主靶標，這項研究可以產生實際效果，特別是對于糞便微生物群移植。
CrAss樣噬菌體及其相關宿主
Meta HiC解析復雜的微生物群落中譜系分辨率且完整的MAG
題目：Generating lineage-resolved, complete metagenome-assembled genomes from complex microbial communities
期刊：Nature Biotechnology
研究對象：綿羊腸道微生物
發表時間：2022年1月
研究方法：Meta Hi-C，二代WGS，三代HiFi
研究團隊：加州大學舊金山分校等
從宏基因組測序中解析出微生物基因組一直是一個重要但難以實現的目標。該研究通過結合HiFi測序、Hi-C binning和分型版計算工具來解析基因組，從一份綿羊糞便樣本中測序出數百個遺傳解析的基因組。同步發表在Mircobial Genomics的文章評論道：該研究提出了一種將宏基因組學領域引向探索塑造微生物群落的生態進化潛能的方法。
研究人員利用現有方法對成年綿羊的糞便宏基因組進行測序，得到短序列和HiFi數據量分別是154G和255G。該研究利用HiFi數據組裝得到428個完整度超過90%的MAG，其中有44個單個成環的MAG。為了分析密切相關的菌株(譜系)，該研究基于轉錄亞型分析的定相方法開發得到MAGPhase計算工具，可以在基因組序列的成百上千個堿基中區分不同的單倍型來分離相關生物體的譜系?；贛AGPhase，該研究共計識別了220個譜系分辨率的MAG，并且繪制測序深度的覆蓋度和進一步核實組裝結果，以說明單個譜系的準確性。
這種解析復雜微生物群落中密切相關微生物的能力提高了生物合成基因簇的識別以及將移動遺傳元件及其宿主基因組進行關聯的精確度。在該研究中，研究人員確定了1400個完整的和350個部分完整的生物合成基因簇，其中大部分是新發現的。最后，研究人員使用107M的Meta Hi-C read和部分長讀長數據，基于細菌-宿主相互作用的分析流程將病毒或質粒的contig進行評估，確認了424（298）個存在潛在關聯的宿主-病毒（宿主-質粒）。
潛在關聯的宿主-病毒
菲沙基因提供多種表觀遺傳技術服務，類型包括Hi-C、Hi-R（RNA-RNA互作）、Capture Hi-C 、ATAC-seq、CUT&Tag、Tn5-FISH、WGBS等。已成功完成了包括人類、動植物、微生物在內的數百個物種數千個項目的實驗及數據分析服務，研究成果在《Nature》、《Cell》、《Cell Research》、《Nature Communications》等國際頂級期刊發表幾十余篇。菲沙基因期望與各領域的專家合作，提供專業細致的服務，共同攀登生命科學研究高峰。
參考文獻：
[1] Marbouty M, Thierry A, Millot G A, et al. MetaHiC phage-bacteria infection network reveals active cycling phages of the healthy human gut[J]. Elife, 2021, 10: e60608.
[2] Bickhart D M, Kolmogorov M, Tseng E, et al. Generating lineage-resolved, complete metagenome-assembled genomes from complex microbial communities[J]. Nature Biotechnology, 2022: 1-9.
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