微生物是自然界中分佈最廣、種類最多、數量最大的生物類群，然而自然界中絕大多數的微生物不能透過傳統方法進行純培養，因而開展依賴於純培養的生物技術識別微生物多樣性難以得到全面的研究和利用。為了克服傳統培養技術的不足，充分研究和開發新微生物活性物質，研究者們發展了宏基因組學技術。
宏基因組 ( Metagenome)（也稱微生物環境基因組Microbial Environmental Genome, 或元基因組）是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名詞， 其定義為“the genomes of the total microbiota found in nature” , 即環境中全部微小生物遺傳物質的總和。它包含了可培養的和未可培養的微生物的基因，目前主要指環境樣品中的細菌和真菌的基因組總和。宏基因組學(或元基因組學，metagenomics)是一種以環境樣品中的微生物群體基因組為研究物件，以功能基因篩選和/或測序分析為研究手段，以微生物多樣性、種群結構、進化關係、功能活性、相互協作關係及與環境之間的關係為研究目的的新的微生物研究方法。（來自百度百科：https://baike.baidu.com/item/%E5%AE%8F%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E7%BB%84/6973810?fr=aladdin）
傳染病診斷
新冠疫情加速微生物領域的發展，尤其是病原檢測。臨床樣本中病原體常規檢測包括透過生化表型檢測或基質輔助鐳射解吸/電離飛行時間質譜鑑定培養中的微生物、病原特異性抗體（血清學）或抗原的檢測以及微生物的分子鑑定。然而，目前幾乎所有常規檢測一次只能檢測一種或幾種病原體，或者要求從臨床樣本中成功培養出微生物。而宏基因組測序技術可以一次性檢測病毒、細菌、真菌、寄生蟲，包括那些不可培養或者難以培養的微生物，除此之外，還可以基於耐藥基因鑑定抗菌藥耐藥性預測、檢測種級或株級毒力決定因素，如分泌特定內毒素或外毒素、抗病毒藥物耐藥性預測等。
疾病領域
我們體內生活著數以萬計的微生物，幾乎分佈在我們身體的各個角落，比如：面板、鼻子、口腔、胃、腸道。研究發現這些微生物參與人體許多重要的功能，包括消化食物、合成營養物質、抵禦疾病。目前已發現二型糖尿病、肥胖症、肝硬化、結直腸癌、類風溼性關節炎以及精神類疾病都與人體微生物組密切相關，微生物失衡或許是多種複雜疾病的關鍵因素。揭示覆雜微生物組與人體健康關係最典型的是，應用宏基因組測序來研究微生物與疾病之間的關聯。透過對不同時間軸、不同人群或著不同部位的樣本進行測序，利用生物資訊學技術對微生物多樣性、菌群結構、進化關係、功能活性、相互協作關係以及環境因子間的關係等研究，進一步闡釋微生物與複雜疾病的因果關係、預防和治療干預措施。
環境微生物
自然界中約有99%的微生物不可培養，宏基因組測序技術透過不培養微生物而直接對環境中總DNA進行克隆篩選來突破這個瓶頸，促進了新物種、新酶基因、新功能、新物質代謝途徑的發現。此外，透過宏基因組技術可以考察微生物群落與環境汙染物之間的關係，並透過環境微生物的富集手段，從汙染環境中篩選出具有不同降解汙染物功能的細菌，為生物降解提供有效的途徑。目前宏基因組學在水處理工程、汙染土壤生物修復、生活垃圾處理、海洋、石油洩漏修復等方面取得一定成果。
參考文獻：
Chiu C Y,Miller S A.Clinical metagenomics[J].Nature Reviews Genetics,2019.
Wang J,Jia H J.Metagenome-wide association studies:fine-mining the microbiome[J].Nature Reviews Microbiology,2016.
鄧曄、馮凱、魏子豔等.宏基因組學在環境工程領域的應用及研究進展.環境工程學報.2016,10(6)
