06 Humann功能注释

1、介绍

**HUMAnN（The HMP UnifiedMetabolic Analysis Network）**是一个用于宏基因组分析的软件，它被开发用于分析丰度测定数据，特别是从肠道微生物群落中获取的代谢产物。该软件能够通过底层序列对齐来对功能组成进行量化，这些功能包括微生物基因、通路和代谢反应的丰度。

具体而言，HUMAnN包括以下三个主要步骤：

1. 序列搜索：使用Bowtie2将原始DNA序列与已知基因组和UniRef50数据库中的蛋白质序列比对。
2. 多序列比较：使用diamond工具将比对序列比对到ChocoPhlAn基因家族层次结构以及MetaCyc环境通路/反应数据库。
3. 结果生成：通过分布式计算环境下的HUMAnN规范来推断不同组成部分（例如，指定基因，通路和反应）的相对数量。

总之，HUMAnN为研究人员提供了一种快速、精确地查找微生物群落生态系统特征的方法。

2、具体解释

Humann（The HMP Unified Metabolic Analysis Network）是一款用于宏基因组分析的工具软件。它的主要作用是对宏基因组样本中的微生物基因组信息进行定量分析，以研究微生物群落代谢通路和功能的变化。

举个例子，假设我们想研究一块土壤中微生物的功能。利用高通量测序技术获取到这块土壤样本中微生物的基因组序列，输入到humann软件中进行分析。

Humann首先对基因进行标注，然后通过比对到已知基因组数据库上找出所含代谢产物与酶系列的数量，并计算各微生物通路在样本中的相对贡献比例。利用这种方法，可以揭示微生物在土壤中的功能。例如，是否有某些微生物代谢产物累积较多，或者哪些代谢通路受到了干扰。

总之，Humann在宏基因组领域属于一款十分实用的工具软件，将为研究微生物群落的功能分布和代谢的进化提供便利，推动相关学科的发展。

3、原理

Humann是针对宏基因组分析的一款软件，它通常用于对宏基因组测序数据进行分析，具有高效、快速和准确的特点。其主要原理可以通过一个清晰明了的比方来解释。

假设我们要分析一杯果汁，果汁混合了多种不同的水果，我们希望知道每种水果所占的比例。但是，我们无法自己对每个水果进行单独分析，因此我们选择找一个可靠的人来帮助我们实现这个任务。

在分析之前，我们需要将果汁分为两部分：一部分是水果，另一部分是其他成分（例如水、糖等）。这样我们就能够将果汁中的水果与其他成分分开处理了。

接着，我们将水果交给分析员，分析员对不同的水果进行分类，并计算每种水果在果汁中所占的百分比。这就类似于Humann分析软件将宏基因组测序数据输入程序，对不同的基因进行分类，并计算每种基因在数据集中所占的比例。最后，Humann软件会生成一个结果文件，列出了各个基因及其在数据集中所占的相对数量。

综上所述，Humann软件的原理类似于分析员对果汁进行分析和分类，从而了解每种水果在果汁中所占的比例。通过这样的方式，Humann软件帮助我们更好地理解宏基因组测序数据，并确定其中哪些基因是最常见的或在特定条件下经常存在的。

4、特点

Humann（HOlistic MUlti-omics Annotation Tool）是一种用于获取宏基因组数据的多组学功能注释工具。以下是该软件的几个特点：

1. 多组学注释：Humann能够注释来自不同组学水平的序列信息（例如，基因家族、反应物、酶、代谢途径），从而使研究人员可以更全面地了解宏基因组的生物学机制。

2. 功能注释精度高：Humann利用拼接后的reads进行组装，从而消除了短序列带来的误差，提高了对微生物基因组的注释质量。

3. 独特的标准化方法：Humann使用“三角归一化”（triangular normalization）方法，将基因丰度数据转换为（0,1）间的相对扩增指数(RPK)。这种方法避免了小样本数引起的误差，保证结果的准确性。

4. 可视化功能：Humann提供web页面来展示关键代谢通路的注释情况，提高用户对微生物代谢功能演化的理解。

总之，Humann是一款功能强大、性能高效的宏基因组分析工具，其多组学功能注释、高精度的标准化方法和方便的可视化功能，为宏基因组研究者提供了一个强有力的分析工具。

5、数据库

Humann是一种宏基因组分析工具，常用于分析人类肠道微生物群落的功能和代谢。Humann使用了多个数据库来进行它的分析操作。下面就是对Humann中常用的三个数据库进行介绍。

1. chocophlan full:

   这个数据库包含了大量细菌和古菌的基因组序列。chocophlan full通常被用作humann2的参考基因组数据库，以辅助对样本序列中的基因家族进行特定物种注释。

2. uniref90_diamond:

   这是一套UniProt选择提取及转换生物序列得到的序列数据集。uniref90_diamond包含了来自各生命领域(如动植物、微生物等）的蛋白质序列，是去冗余并保留注释信息的。

3. mapping full:

   单纯的基因丰度数据不能完整反映样品代谢物组成的情况。mapping-full数据库将Kegg reaction database的路径生成模块与MetaCyc数据库合并，并添加了HMP Piphillin风险调整的基因家族丰度和整个预处理RAM数据库。mapping full由基因家族聚合，该基因家族在每个代谢途径中拥有关键酶的靶标区域用于代表通路，应用于样品中的功能注释和通路丰度计算。