因为即使发现未知基因序列,但仅凭原始的、未经深入生物信息学分析的宏基因组测序数据,通常无法直接判断一个“未知信号”属于哪种具体的病原体类型(如细菌、病毒、真菌还是寄生虫等)。它只能为发现未知病原体提供了最强的线索和可能性。
我们可以从两个层面来理解:
第一层面:直接的“检测”与“鉴定”
不能直接鉴定:如果一种病原体是全新的(例如,一种从未被科学家发现和测序过的病毒),那么它的基因组序列就不会存在于任何参考数据库中。当宏基因组测序得到的数据与数据库比对时,找不到匹配项,因此无法直接给出“这是XX病毒”的明确鉴定结果。
能提示“异常存在”:虽然不知道它具体是什么,但分析软件可能会报告“检测到一段未知的/与已知生物不匹配的核酸序列”。这本身就是一个极其重要的信号,提示样本中可能存在新东西。
第二层面:间接的“发现”与“溯源”
这正是宏基因组测序最强大的地方。它通过以下方式为发现未知病原体铺平道路:
序列组装与分析:生物信息学家可以将这些“未知序列”进行拼接和深入分析。通过寻找保守的基因标记(例如,所有病毒都有的某些基因),可以判断它可能属于哪个大的分类群(比如,是一种新的丝状病毒属成员)。
进化关系推断:通过将这段未知序列与数据库中最相近的已知序列进行比对,可以构建系统进化树,推断出新病原体与哪种已知病原体亲缘关系最近,从而推测其可能特性。
后续研究的起点:基于宏基因组提供的线索,科学家可以:
设计特异性引物进行PCR验证。
尝试在细胞培养中分离该病原体。
进行更深入的全基因组测序和功能研究。
历史上著名的例子:
新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的发现:最早就是通过对患者肺泡灌洗液进行宏基因组测序,发现其序列与已知的蝙蝠冠状病毒最相似,从而快速锁定这是一种新的冠状病毒。
新型肝炎病毒的发现:一些不明原因肝炎病例,通过宏基因组测序发现了之前未知的病原体。
您可以把宏基因组测序想象成 “给样本中的所有微生物做一次无偏性的全景基因扫描”。
对于已知病原体(在“通缉令”数据库里的):扫描后能立刻匹配出姓名、身份(精准鉴定)。
对于未知病原体(不在“通缉令”里的):扫描后得不到姓名,但会得到一张模糊的基因“画像”(一段独特的核酸序列)。通过分析这张“画像”的特征(如眼睛、鼻子等保守特征),我们可以判断它可能是“某某家族”的成员,并以此为依据发布新的“通缉令”,从而最终确认其身份。
我们可以这样理解这个过程:
第一步:产出“原始数据”
宏基因组测序仪产出的是海量的、短小的核酸序列片段(reads),它们来自样本中所有微生物的基因组,混杂在一起。
第二步:进行“数据库比对”(这是核心步骤)
将这些短序列与一个庞大的、包含已知微生物基因组的参考数据库进行比对。
如果比对成功:序列被“认领”,我们就知道它来自哪种已知的细菌/病毒/真菌等。
如果比对失败:这条序列就会被标记为“未分类”或“未知”。在这个阶段,我们只知道它“不属于数据库中任何已知的生物”,但并不知道它“是什么”。
第三步:深入的“生物信息学分析”(这是“破译”线索的关键)
要对这些“未知序列”进行解读,需要进一步的、复杂的人工智能分析:
寻找保守的基因标记:所有生命形式都有一些非常古老、功能核心且序列相对保守的基因(例如,核糖体RNA基因用于区分细菌、古菌和真核生物;某些病毒特有的聚合酶基因)。分析人员会尝试在这些未知序列中寻找这类标志性基因。
进行序列注释:使用工具预测这些未知序列可能包含哪些开放阅读框,即可能编码蛋白质的基因区域。
功能预测:将预测出的蛋白质序列与功能数据库(如KEGG, COG, Pfam)进行比对,推测其可能具有的功能(例如,这是否像一个病毒的外壳蛋白?是否像一个细菌的毒素基因?是否像一个真菌的细胞壁合成酶?)。
进化分析:将这段未知序列与数据库中最相似的序列进行比对,即使相似度很低(例如只有30%-40%),也能构建系统进化树,看它“簇拥”在哪个已知的生物类群周围它和一群已知的细菌基因聚。如果它和一群已知的细菌基因聚在一起,那么它极有可能也是一种细菌;如果和病毒基因聚在一起,那么它很可能是一种新病毒。
宏基因组测序本身是一个数据生成工具,它负责提供“有什么”的原始线索。而判断“是什么类型”,则高度依赖于后续的生物信息学分析和研究人员的专业知识。通过分析基因特征和进化关系,我们可以做出非常可靠的推断,例如“这段未知序列可能来自一种新的革兰氏阳性菌”或“这个信号可能是一种与甲病毒亲缘关系较远的新RNA病毒”。
测序只是其中一步,我们这个即使做了也没有相关研究专业研究人员进一步鉴定研究,导致无法破解真相。

我们可以从两个层面来理解:
第一层面:直接的“检测”与“鉴定”
不能直接鉴定:如果一种病原体是全新的(例如,一种从未被科学家发现和测序过的病毒),那么它的基因组序列就不会存在于任何参考数据库中。当宏基因组测序得到的数据与数据库比对时,找不到匹配项,因此无法直接给出“这是XX病毒”的明确鉴定结果。
能提示“异常存在”:虽然不知道它具体是什么,但分析软件可能会报告“检测到一段未知的/与已知生物不匹配的核酸序列”。这本身就是一个极其重要的信号,提示样本中可能存在新东西。
第二层面:间接的“发现”与“溯源”
这正是宏基因组测序最强大的地方。它通过以下方式为发现未知病原体铺平道路:
序列组装与分析:生物信息学家可以将这些“未知序列”进行拼接和深入分析。通过寻找保守的基因标记(例如,所有病毒都有的某些基因),可以判断它可能属于哪个大的分类群(比如,是一种新的丝状病毒属成员)。
进化关系推断:通过将这段未知序列与数据库中最相近的已知序列进行比对,可以构建系统进化树,推断出新病原体与哪种已知病原体亲缘关系最近,从而推测其可能特性。
后续研究的起点:基于宏基因组提供的线索,科学家可以:
设计特异性引物进行PCR验证。
尝试在细胞培养中分离该病原体。
进行更深入的全基因组测序和功能研究。
历史上著名的例子:
新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的发现:最早就是通过对患者肺泡灌洗液进行宏基因组测序,发现其序列与已知的蝙蝠冠状病毒最相似,从而快速锁定这是一种新的冠状病毒。
新型肝炎病毒的发现:一些不明原因肝炎病例,通过宏基因组测序发现了之前未知的病原体。
您可以把宏基因组测序想象成 “给样本中的所有微生物做一次无偏性的全景基因扫描”。
对于已知病原体(在“通缉令”数据库里的):扫描后能立刻匹配出姓名、身份(精准鉴定)。
对于未知病原体(不在“通缉令”里的):扫描后得不到姓名,但会得到一张模糊的基因“画像”(一段独特的核酸序列)。通过分析这张“画像”的特征(如眼睛、鼻子等保守特征),我们可以判断它可能是“某某家族”的成员,并以此为依据发布新的“通缉令”,从而最终确认其身份。
我们可以这样理解这个过程:
第一步:产出“原始数据”
宏基因组测序仪产出的是海量的、短小的核酸序列片段(reads),它们来自样本中所有微生物的基因组,混杂在一起。
第二步:进行“数据库比对”(这是核心步骤)
将这些短序列与一个庞大的、包含已知微生物基因组的参考数据库进行比对。
如果比对成功:序列被“认领”,我们就知道它来自哪种已知的细菌/病毒/真菌等。
如果比对失败:这条序列就会被标记为“未分类”或“未知”。在这个阶段,我们只知道它“不属于数据库中任何已知的生物”,但并不知道它“是什么”。
第三步:深入的“生物信息学分析”(这是“破译”线索的关键)
要对这些“未知序列”进行解读,需要进一步的、复杂的人工智能分析:
寻找保守的基因标记:所有生命形式都有一些非常古老、功能核心且序列相对保守的基因(例如,核糖体RNA基因用于区分细菌、古菌和真核生物;某些病毒特有的聚合酶基因)。分析人员会尝试在这些未知序列中寻找这类标志性基因。
进行序列注释:使用工具预测这些未知序列可能包含哪些开放阅读框,即可能编码蛋白质的基因区域。
功能预测:将预测出的蛋白质序列与功能数据库(如KEGG, COG, Pfam)进行比对,推测其可能具有的功能(例如,这是否像一个病毒的外壳蛋白?是否像一个细菌的毒素基因?是否像一个真菌的细胞壁合成酶?)。
进化分析:将这段未知序列与数据库中最相似的序列进行比对,即使相似度很低(例如只有30%-40%),也能构建系统进化树,看它“簇拥”在哪个已知的生物类群周围它和一群已知的细菌基因聚。如果它和一群已知的细菌基因聚在一起,那么它极有可能也是一种细菌;如果和病毒基因聚在一起,那么它很可能是一种新病毒。
宏基因组测序本身是一个数据生成工具,它负责提供“有什么”的原始线索。而判断“是什么类型”,则高度依赖于后续的生物信息学分析和研究人员的专业知识。通过分析基因特征和进化关系,我们可以做出非常可靠的推断,例如“这段未知序列可能来自一种新的革兰氏阳性菌”或“这个信号可能是一种与甲病毒亲缘关系较远的新RNA病毒”。
测序只是其中一步,我们这个即使做了也没有相关研究专业研究人员进一步鉴定研究,导致无法破解真相。










