07 metaphlan3功能注释

1、metaphlan3与humann的关系

Metaphlan3和HUMAnN2 / HUMAnN3都是宏基因组分析中常用的工具，它们可以相互配合使用来对样品进行全面的功能和物种注释。

Metaphlan3是一种快速而准确地确定环境微生物群落中存在哪些细菌和古菌的工具。它通过比对样本DNA序列与拥有已知进化位点的参考数据库（如Greengenes或SILVA）中存在的微生物基因组的序列，来确定环境中微生物物种的含量和分类学信息。

与之相比，HUMAnN2/HUMAnN3是一种将MetaPhlAn注释的物种丰度数据映射到已知的基因家族（UniRef90）以及基因通路（MetaCyc）的工具。这帮助我们确定每个基因家族和代谢通路在样品中的相对贡献程度。HUMAnN 通过将MetaPhlAn分析的微生物群落物种信息与UNIREF和MetaCyc数据库中的信息结合，进一步提供了人类肠道微生物群落中基因组代谢能力的分布式信息。

因此，这两个工具可以协同工作，以为宏基因组研究提供更加全面和准确的物种和功能注释。先运行MetaPhlAn3以获得有关样品微生物菌群在分类和定量方面的信息， 然后使用HUMAnN将这些数据映射到UniRef和MetaCyc数据库中，以获得反映细菌代谢和环境功能的通路和代谢产物。

2、特点

Metaphlan3是一种开源的宏基因组分析软件，可用于鉴定微生物组成并估计其相对丰度。以下是 Metaphlan3 的几个显著特点：

• 快速：Metaphlan3 是一种快速且高效的工具，在几分钟内即可处理大规模样本。
• 高灵敏度：该软件利用 MetaPhlAn 算法进行建模，结合 Bowtie2 和 Diamond 工具，能够实现高质量、高精度的注释和分类，获得高灵敏度的检测结果。
• 多样性评估：Metaphlan3 提供了不同层次的物种注释结果，可以从整体上了解样品微生物组成。另外，还提供了 Alpha 和 Beta 多样性评估，可用于比较样本之间的微生物群落差异。
• 易于使用：该软件提供简单易用的命令行界面，支持多样本批处理，并提供丰富的文档和示例文件，方便用户进行数据分析。
• 广泛应用：Metaphlan3 可用于各类环境中微生物组的分析，例如人体肠道微生物组、土壤微生物组、水域微生物组等。

总之，Metaphlan3 是一种在宏基因组领域被广泛应用的快速、灵敏、多功能的微生物组分析工具。

3、应用

Metaphlan3是一款广泛应用于宏基因组学分析的软件，其作用是对微生物组成进行定量分类和功能预测。下面是metaphlan3软件的主要应用。

• 微生物组成分析

Metaphlan3可以通过扫描测序数据识别并定量不同种类的微生物。与其他方法相比，metaphlan3具有更高的准确性和敏感性，可以检测到低丰度的微生物。这对于了解个体或群体中微生物的谱系和丰度分布非常重要，有助于深入研究微生物在人类健康和疾病中的作用。

• 生态系统分析

利用metaphlan3进行微生物组成分析可以帮助科学家探究生态系统中微生物组成、结构和多样性等问题。不仅可以在地球上使用，还可以在水中、土壤中、植被群落中分析微生物群落的复杂模式。

• 抗生素抗性分析

现代医学的一个主要难题是抗生素抗性，而metaphlan3可以通过事先计算预测微生物的抗生素耐药性。尤其是在临床实践中，metaphlan3是一种快速评估病原微生物抗药性的有效方法。

• 功能预测

虽然该软件主要用于分类和注释微生物组成，在其最新版本中也包括了对微生物群落功能的预测。

Metaphlan3使用16S rRNA与mRNA数据库进行比对，以识别和定量某些特定微生物的存在和丰度。其中METAPHLAN_3.0使用了Humann 3.0的模块来预测微生物的功能。例如，它可以通过显示有关特定代谢途径和编码蛋白质的信息，来揭示微生物在其所处环境中扮演的生态角色。Metaphlan3还可以展示微生物数量与α多样性/β差异之间的关系，以评估微生物群落的结构与功能之间的相互作用。

因此，Metaphlan3的应用中的功能预测具有相当的重要性，能够从稳定而易获得的16S rRNA或mRNA高通量测序数据中提取更深入的、定量和可比性的功能预测信息。

4、原理

Metaphlan3是一种基于DNA元数据宏基因组分析的工具，用于对微生物群落进行分类和定量。其原理类比于图书馆的索引系统：

首先，metaphlan3会将输入的原始测序reads进行拼接成长序列（contigs），然后对这些序列进行比对分类操作，参照的是已经存在的数据库，如Greengenes或RefSeq。这些数据库包含有各种已知的细菌、古菌的基因组及其在环境中生长的条件等相关信息。

接着，metaphlan3可以匹配每个Contig的DN￥￥段与这些数据库中的特定DNA序列之间的相似性，并基于这些信息来确定每个Contig来源于哪个微生物谱系以及该谱系所占比例。实质上，metaphlan3获得了一个“指纹”，通过比对指纹库来确定菌株和菌属（taxonomy）的归属，从而为下游分析提供基础数据。

最后，这些信息被汇集成元数据表格，可以用于后期分析，如作差异分析、共现网络分析等。