Kraken2

A practical taxonomy classifier for rapid screening of Nanopore sequencing reads

Note

Public This page explains what Kraken2 does, when it is useful in Nanopore analysis, and why its results should be interpreted as rapid taxonomic classification rather than final confirmation.

Definition

Kraken2 是一個常用的 taxonomy classification tool，主要利用 k-mer matching 的方式，快速判斷一條 read 最可能屬於哪個分類群。

在 Nanopore workflow 中，它常被用來回答這類問題：

  • 這個樣本裡可能有哪些生物？
  • 有沒有某些可疑病原的 reads？
  • 不同樣本之間的分類組成有什麼差異？

Kraken2 的強項是 快、可大規模處理、適合 broad screening，但它本質上不是傳統 alignment tool，也不是最終確認工具。

Why it matters

在 Nanopore 分析中，Kraken2 很適合當作第一層的快速篩檢工具，特別是在還不知道樣本裡可能有什麼時。

常見用途包括：

  • metagenomic screening
  • pathogen discovery 的初步探索
  • environmental sample 的分類概覽
  • 比較不同樣本的 taxonomic composition
  • 快速評估是否值得再進一步做 validation

如果問題是：

樣本中可能有什麼？

那 Kraken2 往往比直接做 reference alignment 更有效率。

How to interpret

這一段的重點是：Kraken2 的結果很有用，但不能用得太快、太滿。

In practice

在 ONT workflow 中，Kraken2 常見的實務用途包括：

  • 初步掃描樣本中可能存在的微生物
  • 比較不同樣本的分類組成差異
  • 協助挑出需要後續驗證的 candidate targets
  • 在 host depletion 前後，觀察非宿主 reads 的變化

它回答的問題比較像是：

  • 這條 read 的 k-mer 特徵最像哪一類生物？
  • 這批 reads 整體上比較偏向哪些 taxonomic groups？

因此，Kraken2 很適合當作 先找方向 的工具。

What to compare with

Kraken2 的結果不建議單獨解讀，通常要搭配以下資訊一起看：

  • classified / unclassified reads 比例
  • report 中不同 taxonomic level 的分布
  • negative control 的結果
  • 目標 reads 的數量是否足夠
  • 是否集中於特定 species，還是分散到多個近緣分類群
  • 後續 minimap2 或其他 alignment-based validation
  • reference / database 的完整性

如果某個目標只出現極少數 reads，或同時有許多近緣物種一起冒出來，就要特別小心，不宜直接下強結論。

Common pitfalls

Warning

Kraken2 很適合做快速分類，但它不等於最終證據。
在 Nanopore pathogen detection 中，通常更適合把它視為 screening step，而不是 final confirmation。

  • report 裡出現 species 名稱，不代表一定能直接當作最終鑑定
  • 極少量的 reads 可能來自背景污染、index hopping、database bias 或 common k-mer
  • database 不完整時，可能會判不到、判偏，或只停留在較高分類層級
  • 近緣物種之間可能共享大量 k-mers，造成分類不夠特異
  • 不同樣本間若 read depth 差很多，直接比較 raw counts 可能會誤導
  • 若不搭配 control 與後續 validation，容易過度解讀

Tools / commands

Kraken2 常和 report parsing、read abundance summary、後續 alignment tool 一起使用。

Common tools

  • Kraken2
  • Bracken
  • Krona
  • minimap2
  • downstream summary / visualization scripts

Example command

kraken2 \
  --db /path/to/db \
  --report sample.report.txt \
  --output sample.kraken.txt \
  reads.fastq

Quick takeaway

Tip

Kraken2 是非常適合 Nanopore workflow 的快速 taxonomy classifier，特別適合做 broad screening、初步探索與 candidate detection。
但它比較像是在回答「這條 read 比較像哪一類生物」，而不是「這一定就是某個物種」。
因此最好的做法通常是：先用 Kraken2 找方向，再用 minimap2 或其他方法做後續驗證。