Cell 重磅发布！新型宏基因组分析工具实现跨域微生物精准鉴定

近日，国际顶级学术期刊《Cell》发表一项创新性工具：研究团队成功开发了一款名为Metax的新型宏基因组分类分析工具，能够实现对细菌、病毒、真核生物和古菌等多域微生物的高精度物种级鉴定与丰度评估，为微生物组研究和临床病原检测带来了突破性进展。

图形摘要

破解微生物组分析的“卡脖子”难题

宏基因组测序技术使科学家能够直接研究环境或宿主相关样本中的微生物群落，无需培养即可同时检测多种微生物。然而，长期以来，如何在物种级别实现高精度鉴定一直面临严峻挑战：短序列比对存在歧义性、测序深度不足导致基因组覆盖不完整、参考基因组组装错误等问题严重制约了分析准确性。尤其在低生物量、宿主背景占主导的临床样本中，试剂来源的DNA污染和残留宿主序列常常掩盖真实的微生物信号。

针对这些痛点，研究团队开发了Metax工具。该工具创新性地将基因组覆盖度概率建模与期望最大化框架相结合，通过评估测序读段在参考基因组上的分布模式，有效区分真实微生物信号与各类假阳性结果。

性能全面领先现有工具

研究团队在超过600个样本上进行了系统评估，涵盖宿主相关、环境、废水以及低生物量临床样本等多种场景。结果显示：

• 鉴定精度显著提升：在模拟人类肠道微生物组数据中，Metax在物种级别的F1分数相比其他方法平均提高55%，布雷-柯蒂斯相异度降低45%；

• 低深度测序表现出色：即使在每样本仅有1000条微生物读段的极低测序深度下，Metax仍能保持稳健性能，鉴定效果优于其他方法1.7至22倍；

• 跨域鉴定能力突出：对于病毒、真菌等小基因组或高度分化的微生物类群，Metax展现出独特优势，解决了传统方法在这些领域的长期短板。

临床诊断应用潜力巨大

在对真实临床感染样本的分析中，Metax展现了令人瞩目的诊断能力。在下呼吸道感染患者的长读长测序数据中，Metax以100%的敏感性和特异性准确识别出所有34例阳性样本中的致病病原体，并在88%的样本中将病原体列为最丰富的分类单元。此外，在克里米亚-刚果出血热病毒的检测中，Metax正确将其鉴定为最丰富物种，而其他方法要么未能检出，要么仅赋予极低的丰度值。

为了展示Metax的生物学应用价值，研究团队分析了包含317份样本的口腔微生物组队列。结果显示，Metax生成的跨域分类图谱清晰地分离了健康位点和种植体周围炎位点。差异丰度分析不仅重现了已知的口腔疾病标志菌群，还首次发现了Redondoviridae病毒在该疾病中的重要贡献。值得注意的是，Metax还捕捉到了Redondoviridae与其宿主——牙龈内阿米巴之间的共生关系，以及TM7细菌与其宿主放线菌的互作网络，展示了其在揭示超小型或专性共生微生物生态关系方面的独特能力。

精准识别假阳性信号的“火眼金睛”

Metax最具创新性的特点在于其基于覆盖度的统计框架。通过计算每个物种的观察覆盖度与期望覆盖度比值，Metax能够高效识别由参考基因组污染、试剂DNA、保守区域或移动遗传元件引起的假阳性信号。研究团队发现，许多假阳性信号源自NCBI数据库中质量低下、碎片化严重的参考基因组——这些基因组可能嵌入了未表征的人类DNA序列。在人类全基因组测序数据中，Metax成功标记了5种因参考基因组污染而产生的假阳性原虫信号，并进一步识别出更多可疑的分类单元。

研究意义与未来展望

Metax作为一种稳健准确的跨域分类分析框架，适用于多种样本类型和测序深度，尤其适合低生物量、高宿主背景的临床应用场景。未来，该工具还可进一步拓展至菌株分辨分析和数据库规模的参考基因组污染筛查。随着微生物组研究在精准医学、环境监测和公共卫生领域的深入发展，Metax的出现无疑将为这一领域提供强大的技术支撑，推动我们对微生物世界的认知迈上新台阶。（转化医学网360zhyx.com）

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00997-9

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