From Idea to Genome: Reconstructing Wolbachia Using Adaptive Sampling

從「讀取」到「選擇」：Adaptive Sampling 如何改變基因體定序的可能性

我們最近將一項研究成果放上了 bioRxiv：https://doi.org/10.64898/2026.03.25.714109
這項工作，其實從一個很單純的問題開始。

胞內共生菌的基因體

Wolbachia 是一種存在於昆蟲體內的胞內共生菌，在基礎研究與病媒控制中都相當重要。

但在實務上，它一直有一個困難——

它幾乎永遠被宿主的 DNA 淹沒。

Wolbachia只能長在細胞裡面，它並不像平常大腸菌那樣可以被分離出來用培養基培養。因為沒辦法把它獨自分離出來，當我們將整隻蚊子的 DNA 萃取進行定序時，得到的絕大多數的序列都會來自宿主本身。

Wolbachia 的基因體約為 1.5 Mb，而蚊子的基因體則約為 1.4 Gb。

這使得在一般 shotgun sequencing 下，讀到的幾乎都是蚊子的基因體，屬於Wolbachia 的訊號往往低到幾乎看不見。

如果不能分離，那能不能「選擇」？

事情的起頭大約是兩年前的春天，國衛院做病媒蚊研究的學者跟我提了一個問題「你有沒有興趣看看蚊子的Wolbachia基因體？」我知道這個很不容易，但開始思考一個問題：

既然 Nanopore sequencing 可以在讀取 DNA 的過程中，即時判斷序列內容，那是否有可能在讀取的當下，只讀取我們想要的序列？

這個想法，後來成為我們嘗試使用 adaptive sampling 的起點。

Nanopore 的 adaptive sampling，最初主要是被設計用於targeted sequencing，
例如針對特定基因區域或已知序列進行選擇性讀取。

不過我們關心的是另一個問題：

當目標不是一段已知序列，而是一整個被宿主 DNA 淹沒的基因體時，這樣的策略是否仍然有效？

一段反覆修正與試誤的過程

真正開始進行之後，我們很快發現事情並不單純（研究好像都是這樣）。

這幾年來，實驗室的研究生們幾乎都參與了這個方向的探索。
從最初的測試，到後來不斷調整條件、修正流程、排除問題，很多時候，其實不知道下一步會不會成功。

只是慢慢把事情做清楚。

那天我們在雨中抓蚊子

有些事情甚至不是在實驗室裡完成的。

我們曾經為了測試 DNA 萃取的實驗條件，在下著雨的中興校園裡，拿著自製的捕蟲網到處抓蚊子。

其實有點狼狽。

但現在回頭看，它反而更接近這個研究真正的樣子——在還沒有答案的時候，先去把問題抓回來。

當結果開始變得清楚

當我們將 adaptive sampling 應用在這個系統上時，觀察到一個很直接的變化：

• 在一般 shotgun sequencing 中，Wolbachia 幾乎不可見（<1%）
• 在 adaptive sampling 下，Wolbachia 可佔接近 90% 的序列比例

這不只是 enrichment，而是整體資料組成的明顯改變。

不只是抓到，而是能夠重建

在這樣的資料基礎上，我們進一步進行基因體組裝，得到了一個接近完整的 Wolbachia 基因體：

• 約 1.5 Mb，組裝為兩個 contigs
• 96–99% completeness
• 可解析多個 prophage 區域與結構變異

值得注意的是，即使目標基因體與 reference 之間存在結構差異，adaptive sampling 仍然可以有效運作，並不侷限於完全對應 reference 的區域。

這代表什麼？

這項結果顯示，在某些情境下：

我們或許不需要先將微生物分離或培養，就有機會直接從複雜樣本中取得其基因體。

對於像 Wolbachia 這類：

• 無法在體外培養
• 存在於宿主細胞內
• 在樣本中比例極低

的系統，這提供了一種可行的研究方向。

更廣泛的脈絡

Wolbachia 並不只存在於蚊子中。它廣泛存在於許多昆蟲與節肢動物體內，是自然界中相當普遍的胞內共生菌。

在不同宿主之中，Wolbachia 的感染狀態、基因體結構與功能表現，都可能有所差異，這也使得其基因體研究具有相當大的多樣性與挑戰性。

在這項工作的基礎上，我們目前也正在將這樣的策略，應用到其他昆蟲系統中，嘗試探索不同宿主背景下的Wolbachia 基因體特性。

這些工作仍在進行中，但也逐漸讓我們看到，這類方法在不同宿主系統中的潛在應用範圍。

結語

這個研究到現在真的是一段漫長的持續嘗試與修正的過程。

有些內容就寫在論文裡，至於其他的，就留在那一天的雨中，還有那腦螢幕上閃爍著綠色格子的無數夜晚吧。