Definēta metagenomika

Šopavasar Nacionālā pētniecības padome publicēja ziņojumu ar nosaukumu Jaunā metagenomikas zinātne: mūsu mikrobu planētas noslēpumu atklāšana. Daudziem termins metagenomika varētu šķist abstrakts – galu galā tas izklausās pēc metafizikas. Tātad, kas ir mikrobu metagenomika un kāda ir tās nozīme bioloģijas, bioloģiskās inženierijas un biotehnoloģijas nākotnē?

Tradicionālie mikroorganismu genoma pētījumi nosaka atsevišķu mikrobu DNS sekvences, pārbaudot kultivētos celmus. Metagenomikā DNS sekvences informācija tiek iegūta no veselām mikrobu kopienām in situ. Metagenomiskās pieejas izmanto šos lielapjoma datus, lai secinātu gan atsevišķu mikrobu, gan mikrobu kopienu pamatā esošās īpašības.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2007. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Metagenomika vairākos veidos veicina izpratni par sarežģītām mikrobu sistēmām. Mikrobu audzēšanas centieni nav spējuši atgūt daudzus mikroorganismus, kas dominē dažādos dabas un cilvēka radītos apstākļos. Tāpēc lielākā daļa pastāvošo mikrobu sugu un to uzvedība ir milzīga bioloģiskā terra incognita. Metagenomiskās pieejas, kas novērš nepieciešamību attīrīt un kultivēt atsevišķus mikrobu celmus, atvieglo genoma secības informācijas izgūšanu no nenotveramām mikrobu sugām. Otrs un, iespējams, vēl svarīgāks punkts ir tāds, ka mikrobu sugas parasti nenotiek kā atsevišķi celmi vai tīrkultūras. Drīzāk jebkura konkrēta mikrobu kopa var sastāvēt no simtiem dažādu sugu, un katrai no tām ir ievērojama ģenētiskā mainība. Šīs milzīgās bioloģiskās daudzveidības starp sugām un starp tām bioloģiskā nozīme un funkcionālās sekas joprojām ir neskaidras. Metagenomiskās pieejas ļauj tieši novērtēt kopienas daudzveidību un nodrošina datu kopas, kas attiecas gan uz bioloģisko procesu mērīšanu, gan modelēšanu.

Cilvēku mikrobu kopienas, bez šaubām, tiks intensīvi pētītas, izmantojot metagenomiskas pieejas. Jau tagad sarežģītā mijiedarbība starp cilvēka genotipu un fenotipu un ar to saistīto mikrobioma sastāvu un reakciju kļūst skaidrāka (skatiet Mūsu mikrobu zvērnīca) . Taču svarīgi būs arī citi metagenomikas lietojumi. Labs piemērs ir enerģijas lietojumi, tostarp mikrobiāli ražotas biodegvielas un jauni biomasas pārveidošanas procesi. Antropogēnās ietekmes uz mikrobu procesiem, kas regulē planētu oglekļa un slāpekļa ciklu masas līdzsvaru, izpēte arī gūs labumu no metagenomikas.

Tāpat kā cilvēka genoma secība, metagenomiskās analīzes rezultāti atspoguļo daļu sarakstu, kas pilnībā neaptver dzīvo mikrobu kopienu funkcionālās īpašības, savstarpējās attiecības un dinamiku. Tomēr viņi sāk paplašināt mūsu analītisko sasniedzamību ārpus atsevišķa organisma. Tagad ir iespējama populācijas genomika, kopienas metabolisms un dažādu mikrobu kopienu genoma salīdzinājumi. Mēs neesam tik tālu no sistēmu bioloģijas, kas sniegs holistiskāku un precīzāku priekšstatu par visu bioloģisko sistēmu hierarhiju — no molekulārās, subcelulārās un starpšūnu mijiedarbības līdz populācijām, kopienām un ekosistēmām.

Eds DeLongs ir MIT Bioloģiskās inženierijas nodaļas un Civilās un vides inženierijas katedras profesors.

paslēpties