Definicja metagenomiki

Tej wiosny National Research Council opublikowała raport zatytułowany „Nowa nauka metagenomiki: ujawnianie sekretów naszej planety drobnoustrojów”. Dla wielu termin metagenomika może wydawać się abstrakcyjny – w końcu brzmi jak metafizyka. Czym więc jest metagenomika drobnoustrojów i jakie jest jej znaczenie dla przyszłości biologii, inżynierii biologicznej i biotechnologii?

Konwencjonalne badania genomiczne mikroorganizmów określają sekwencje DNA poszczególnych drobnoustrojów poprzez badanie szczepów uprawnych. W metagenomice informacje o sekwencji DNA są pobierane z całych społeczności drobnoustrojów in situ. Podejścia metagenomiczne wykorzystują te dane zbiorcze do wywnioskowania podstawowych właściwości zarówno poszczególnych drobnoustrojów, jak i społeczności drobnoustrojów jako całości.

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2007 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Metagenomika pogłębia wiedzę na temat złożonych systemów mikrobiologicznych na kilka sposobów. Wysiłki w zakresie hodowli drobnoustrojów nie doprowadziły do ​​odzyskania wielu drobnoustrojów, które dominują w różnych środowiskach naturalnych i stworzonych przez człowieka. Większość istniejących gatunków drobnoustrojów i ich zachowań stanowi zatem rozległą biologiczną terra incognita. Podejścia metagenomiczne, które omijają potrzebę oczyszczania i hodowania poszczególnych szczepów drobnoustrojów, ułatwiają pobieranie informacji o sekwencji genomu z nieuchwytnych gatunków drobnoustrojów. Drugą i być może ważniejszą kwestią jest to, że gatunki drobnoustrojów na ogół nie występują jako pojedyncze szczepy lub czyste kultury. Raczej każdy dany zespół drobnoustrojów może składać się z setek różnych gatunków, z których każdy wykazuje znaczną zmienność genetyczną. Biologiczne znaczenie i funkcjonalne konsekwencje tej ogromnej różnorodności biologicznej wewnątrz i międzygatunkowej pozostają niejasne. Podejścia metagenomiczne umożliwiają bezpośrednią ocenę różnorodności społeczności i dostarczają zestawów danych istotnych zarówno dla pomiaru, jak i modelowania procesów biologicznych.

Zbiorowiska drobnoustrojów u ludzi będą bez wątpienia intensywnie badane przy użyciu metod metagenomicznych. Już teraz złożona współzależność między ludzkim genotypem i fenotypem oraz związanym z nim składem mikrobiomu i reakcją staje się coraz wyraźniejsza (patrz Nasza menażeria drobnoustrojów ) . Ale ważne będą również inne zastosowania metagenomiki. Dobrym przykładem są zastosowania energetyczne, w tym biopaliwa produkowane mikrobiologicznie i nowe procesy konwersji biomasy. Metagenomika przyniesie również korzyści dla badania wpływu antropogenicznego na procesy mikrobiologiczne, które regulują bilans masowy planetarnych cykli węgla i azotu.

Podobnie jak sekwencja ludzkiego genomu, wyniki analizy metagenomicznej reprezentują rodzaj listy części, która nie oddaje w pełni właściwości funkcjonalnych, wzajemnych powiązań i dynamiki żywych społeczności drobnoustrojów. Zaczynają jednak rozszerzać nasz analityczny zasięg poza pojedynczy organizm. Genomika populacji, metabolizm społeczności i porównania genomiczne różnych społeczności drobnoustrojów są teraz możliwe. Nie jesteśmy tak daleko od biologii systemów, która zapewni bardziej holistyczny i dokładny obraz całej hierarchii systemów biologicznych – od interakcji molekularnych, subkomórkowych i międzykomórkowych po populacje, społeczności i ekosystemy.

Ed DeLong jest profesorem w Wydziale Inżynierii Biologicznej oraz Wydziale Inżynierii Lądowej i Środowiska na MIT.

ukryć