Name: guided protocol for fecal microbial characterization by 16s rrna-amplicon sequencing
Uploaded: 2018-03-19T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Guided Protocol for Fecal Microbial Characterization by 16S rRNA-Amplicon Sequencing at JoVE.com

Ce travail a été soutenu en partie par le programme I-CORE (subventions no 41/11), l’Israël Science Foundation (subvention no 908/15) et l’European Crohn et Colitis Organisation (ECCO).

Approbation éthique pour l’étude a été accordée par le Saba Local Research Ethics Committee et toutes les méthodes ont été effectuées conformément aux directives et règlements. Le protocole a reçu une exception de consentement du patient de la Commission d’examen éthique locale, depuis les matières fécales qui ont été utilisés étaient déjà soumis à la base de la microbiologie dans le cadre du bilan clinique et sans information patiente identifiable autres que l’âge, sexe et résultats microbi...

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	<li>Braun, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fecal+microbial+characterization+of+hospitalized+patients+with+suspected+infectious+diarrhea+shows+significant+dysbiosis.">Fecal microbial characterization of hospitalized patients with suspected infectious diarrhea shows significant dysbiosis.</a> Scientific Reports. 7, 1088 (2017).</li><li>De Filippo, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+diet+in+shaping+gut+microbiota+revealed+by+a+comparative+study+in+children+from+Europe+and+rural+Africa.">Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107, 14691-14696 (2010).</li><li>Yatsunenko, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+gut+microbiome+viewed+across+age+and+geography.">Human gut microbiome viewed across age and geography.</a> Nature. 486, 222-227 (2012).</li><li>Rodriguez, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+composition+of+the+gut+microbiota+throughout+life,+with+an+emphasis+on+early+life.">The composition of the gut microbiota throughout life, with an emphasis on early life.</a> Microbial Ecology in Health and Disease. 26, 26050 (2015).</li><li>Turnbaugh, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+obesity-associated+gut+microbiome+with+increased+capacity+for+energy+harvest.">An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest.</a> Nature. 444, 1027-1031 (2006).</li><li>McDonald, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved+Greengenes+taxonomy+with+explicit+ranks+for+ecological+and+evolutionary+analyses+of+bacteria+and+archaea.">An improved Greengenes taxonomy with explicit ranks for ecological and evolutionary analyses of bacteria and archaea.</a> The ISME Journal. 6, 610-618 (2012).</li><li>Bakken, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treating+Clostridium+difficile+infection+with+fecal+microbiota+transplantation.">Treating Clostridium difficile infection with fecal microbiota transplantation.</a> Clinical Gastroenterology and Hepatology. 9, 1044-1049 (2011).</li><li>Khoruts, A., Dicksved, J., Jansson, J. K., Sadowsky, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+the+composition+of+the+human+fecal+microbiome+after+bacteriotherapy+for+recurrent+Clostridium+difficile-associated+diarrhea.">Changes in the composition of the human fecal microbiome after bacteriotherapy for recurrent Clostridium difficile-associated diarrhea.</a> Journal of Clinical Gastroenterology. 44, 354-360 (2010).</li><li>Nood, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Duodenal+infusion+of+donor+feces+for+recurrent+Clostridium+difficile.">Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile.</a> The New England Journal of Medicine. 368, 407-415 (2013).</li><li>Koplan, J. P., Benfari Ferraro, M. J., Fineberg, H. V., Rosenberg, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Value+of+stool+cultures.">Value of stool cultures.</a> The Lancet. 316, 413-416 (1980).</li><li>Platts-Mills, J. A., Liu, J., Houpt, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+concepts+in+diagnostics+for+infectious+diarrhea.">New concepts in diagnostics for infectious diarrhea.</a> Mucosal Immunology. 6, 876-885 (2013).</li><li>Bokulich, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quality-filtering+vastly+improves+diversity+estimates+from+Illumina+amplicon+sequencing.">Quality-filtering vastly improves diversity estimates from Illumina amplicon sequencing.</a> Nature Methods. 10, 57-59 (2013).</li><li>Leek, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tackling+the+widespread+and+critical+impact+of+batch+effects+in+high-throughput+data.">Tackling the widespread and critical impact of batch effects in high-throughput data.</a> Nature Reviews Genetics. 11, (2010).</li><li>Dubilier, N., McFall-Ngai, M., Zhao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Create+a+global+microbiome+effort.">Create a global microbiome effort.</a> Nature. 526, 631-634 (2015).</li><li>Caporaso, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+patterns+of+16S+rRNA+diversity+at+a+depth+of+millions+of+sequences+per+sample.">Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per sample.</a> PNAS. 108, 4516-4522 (2011).</li><li>Flores, G. E., Henley, J. B., Fierer, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+direct+PCR+approach+to+accelerate+analyses+of+human-associated+microbial+communities.">A direct PCR approach to accelerate analyses of human-associated microbial communities.</a> PloS One. 7, (2012).</li><li>Caporaso, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=QIIME+allows+analysis+of+high-throughput+community+sequencing+data.">QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data.</a> Nature Methods. 7, 335-336 (2010).</li><li>Callahan, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DADA2:+High-resolution+sample+inference+from+Illumina+amplicon+data.">DADA2: High-resolution sample inference from Illumina amplicon data.</a> Nature Methods. 13, 581-583 (2016).</li><li>Lozupone, C., Knight, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UniFrac:+A+new+phylogenetic+method+for+comparing+microbial+communities.">UniFrac: A new phylogenetic method for comparing microbial communities.</a> Applied and Environmental Microbiology. 71, 8228-8235 (2005).</li><li>Lozupone, C., Lladser, M. E., Knights, D., Stombaugh, J., Knight, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UniFrac:+An+effective+distance+metric+for+microbial+community+comparison.">UniFrac: An effective distance metric for microbial community comparison.</a> The ISME Journal. 5, 169-172 (2011).</li><li>Srinivasan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+16S+rRNA+gene+for+identification+of+a+broad+range+of+clinically+relevant+bacterial+pathogens.">Use of 16S rRNA gene for identification of a broad range of clinically relevant bacterial pathogens.</a> PloS One. 10, e0117617 (2015).</li><li>Hiergeist, A., Gl&#228;sner, J., Reischl, U., Gessner, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analyses+of+intestinal+microbiota:+culture+versus+sequencing.">Analyses of intestinal microbiota: culture versus sequencing.</a> ILAR Journal. 56, 228-240 (2015).</li><li>Didelot, X., Bowden, R., Wilson, D. J., Peto, T. E. A., Crook, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transforming+clinical+microbiology+with+bacterial+genome+sequencing.">Transforming clinical microbiology with bacterial genome sequencing.</a> Nature Reviews Genetics. 13, 601-612 (2012).</li><li>Salipante, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+16S+rRNA+next-generation+sequencing+of+polymicrobial+clinical+samples+for+diagnosis+of+complex+bacterial+infections.">Rapid 16S rRNA next-generation sequencing of polymicrobial clinical samples for diagnosis of complex bacterial infections.</a> PloS One. 8, e65226 (2013).</li><li>Caporaso, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high-throughput+microbial+community+analysis+on+the+Illumina+HiSeq+and+MiSeq+platforms.">Ultra-high-throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms.</a> The ISME Journal. 6, 1621-1624 (2012).</li></ol>

16 s rRNA-amplicon et métagénomique fusil séquençage ont gagné en popularité en microbiologie clinique demandes21,22, 23. Ces techniques sont avantageuses dans leur capacité accrue pour capturer des taxons cultivables et non cultivables, fournissant des données sur l’abondance relative de l’inoculum de pathogène et de leur capacité à identifier plus précisément un polymicrobienne infectieuse empreintes digitales24. Les ava...

Concentré efforts ont été faits afin de mieux comprendre la diversité microbiome et l’abondance, sous un autre aspect de capturer la différence et les similitudes entre les individus dans des conditions saines et pathologiques. Âge2,3, géographie4, mode de vie5,6et5 de la maladie se sont avérées être associé à la composition de la microbiome du tube digestif, mais beaucoup de troubles et les populations n’ont pas encore été entièrement caractérisé. Récemment, il a été signalé que le microbiome peut être modifié pour des applications thérapeutiques7,8,9. Des indications supplémentaires sur la relation entre les diverses conditions physiologiques et la composition microbienne sont donc la première étape vers l’optimisation des modifications futures possibles.
Les méthodes traditionnelles de culture microbienne sont limités par les faibles rendements de10,11et est conceptualisés comme un État binaire où une bactérie est présente dans le tube digestif ou pas. Haut débit basées sur l’ADN séquençage a révolutionné l’écologie microbienne, permettant la capture de tous les membres de la communauté microbienne. Cependant, séquence lu durée et la qualité restent des obstacles importants à la taxinomie exacte affectation12. En outre, expériences de base haut débit peuvent souffrir d’effets du lot, où les mesures sont touchés par des variables non biologiques ou non scientifique13. Ces dernières années, plusieurs programmes ont été établis afin d’étudier le microbiome humain, notamment le projet américain Gut, le Microbiome humain du projet des États-Unis (US) et le projet MetaHIT United Kingdom (UK). Ces initiatives ont généré de grandes quantités de données qui ne sont pas facilement comparables en raison d’un manque de cohérence dans leurs approches. Une variété de projets internationaux tels que le Consortium International Microbiome humain, le projet de normes de Microbiome humain International et le National Institute of Standards and Technology (NIST) a tenté de répondre à certaines de ces questions14 et mis au point des normes pour les mesures de microbiome qui doivent permettre la réalisation des résultats fiables de reproduction. Décrit ici est un protocole intégré de plusieurs méthodes largement utilisées15,16 pour 16 s rRNA haut débit séquençage (16 s-seq) à partir de prélèvement d’échantillons fécaux à travers des analyses de données. Le protocole décrit une approche sans colonne PCR, initialement conçue pour l’extraction directe d’usine ADN16, permettant le traitement simultané d’un grand nombre de selles dans un temps relativement court avec la qualité des échantillons ADN amplifié ciblée le séquençage de la région variable microbienne de V4 sur une plate-forme commune de séquençage. Ce protocole vise à guider les scientifiques intéressés par lancer l’utilisation de 16 s rRNA-amplicon séquençage de façon robuste, reproduction, facile à utiliser, détaillée, l’utilisation des contrôles importants. Ayant un protocole de guidée et détaillée étape par étape peut minimiser l’effet des lots et permettra ainsi à des résultats de séquençage plus comparables entre les laboratoires.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Primers</td>
			<td>Integrated DNA Technologies (IDT)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extraction solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E7526</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dilution solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5688</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kapa HiFi HotStart ReadyMix PCR Kit</td>
			<td>KAPABIOSYSTEMS</td>
			<td>KK2601</td>
			<td>PCR Master mix</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quant-iT PicoGreen dsDNA Reagent kit</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>P7589</td>
			<td>dsDNA quantify reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MinElute Gel extraction kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>28606</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Amresco</td>
			<td>0710-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra Pure Water Dnase and Rnase Free</td>
			<td>Biological Industries</td>
			<td>01-866-1A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit dsDNA HS assay kit</td>
			<td>Molecular probes</td>
			<td>Q32854</td>
			<td>dsDNA detecting kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Sensitivity D1000</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>Screen Tape 5067-5582</td>
			<td>separation and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screen Tape Assay</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>Reagents 5067-5583</td>
			<td>for DNA libraries</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PhiX Control v3</td>
			<td>Illumina</td>
			<td>15017666</td>
			<td>control library</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MiSeq Reagent Kit v2 (500 cycle)</td>
			<td>Illumina</td>
			<td>MS-102-2003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethidium Bromide</td>
			<td>Amresco</td>
			<td>E406-10mL-TAM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 mL collection tubes</td>
			<td>SARSTEDT</td>
			<td>72.695.400</td>
			<td>Safe Seal collection tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic stick swab in PP test tube</td>
			<td>STERILE INTERIOR</td>
			<td>23117</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCR Machine</td>
			<td>Applied Biosystems</td>
			<td>2720 Thermal Cycler</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sequncing Machine</td>
			<td>Illumina</td>
			<td>Miseq</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCR workstation</td>
			<td>Biosan</td>
			<td>UV-cleaner</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>scissors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vortexer</td>
			<td>Scientific Industries</td>
			<td>Vortex-Genie 2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

guided protocol for fecal microbial characterization by 16s rrna-amplicon sequencing

Le microbiome humain intestinal joue un rôle central dans la protection des cellules contre les blessures, dans le traitement de l’énergie et des nutriments et dans la promotion de l’immunité. Écarts par rapport à ce qui est considéré comme une composition de la microflore saine (dysbiose) peuvent altérer les fonctions vitales conduisant à des conditions pathologiques. Des recherches récentes et en cours ont été dirigées vers la caractérisation des associations entre la composition microbienne et la santé humaine et la maladie.
Percées dans les technologies de séquençage haut débit permettent de caractériser la composition microbienne de l’intestin. Ces méthodes incluent 16 s rRNA-amplicon séquençage et le séquençage de fusil de chasse. 16 s rRNA-amplicon séquençage sert à profil composition taxonomique, tandis que le séquençage de fusil de chasse fournit des informations supplémentaires sur les prédictions de gène et d’annotation fonctionnelle. Un avantage en utilisant une méthode de séquençage ciblé de la région variable du gène 16 s ARNr est son coût nettement inférieur par rapport au séquençage de fusil de chasse. Différences de séquence dans le gène de l’ARNr 16 s sont utilisés comme une empreinte digitale microbienne pour identifier et quantifier les différents taxons au sein d’un échantillon individuel.
Efforts internationaux majeurs ont fait appel à des normes pour l’ordonnancement de 16 s rRNA-amplicon. Toutefois, plusieurs études signalent une source commune de variation causée par l’effet du traitement par lots. Pour minimiser cet effet, des protocoles en uniforme pour le prélèvement d’échantillons, le traitement et le séquençage doivent être implémentée. Ce protocole propose l’intégration des protocoles largement utilisés à partir de prélèvement d’échantillons fécaux à des analyses de données. Ce protocole comprend une approche directe-PCR sans colonne, qui permet le traitement simultané et extraction de l’ADN d’un grand nombre d’échantillons de matières fécales, ainsi que de l’amplification par PCR de la région de V4. En outre, le protocole décrit le pipeline de l’analyse et fournit un script en utilisant la dernière version de QIIME (2 QIIME version 2017.7.0 et DADA2). Ce protocole étape par étape vise à guider ceux qui s’intéressent à amorcer l’utilisation du séquençage amplicon-ARNr 16 s de façon robuste, reproduction, facile à utiliser, détaillée.

Une illustration schématique du protocole est illustrée à la Figure 1.
Nous avons recueilli prospectivement de selles de patients hospitalisés atteints de diarrhée infectieuse soupçonnée. Ces échantillons ont été soumis au laboratoire de microbiologie clinique au centre médical Sheba entre février et mai 2015, comme ce fut précédemment décrit1. Échantillons de...

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Guided Protocol for Fecal Microbial Characterization by 16S rRNA-Amplicon Sequencing

Ce manuscrit décrit un protocole normalisé détaillé du séquençage de haut débit 16 s rRNA-amplicon. Le protocole introduit un protocole intégré, en uniforme, possible et peu coûteux à partir de prélèvement d’échantillons fécaux au moyen d’analyses de données. Ce protocole permet l’analyse d’un grand nombre d’échantillons contenant des normes rigoureuses et plusieurs contrôles.

Protocole de guidée pour la caractérisation microbienne fécale par 16 s rRNA-Amplicon séquençage

The human intestinal microbiome plays a central role in protecting cells from injury, in processing energy and nutrients, and in promoting immunity. ...

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