211service.com
Metagenomika definována
Letos na jaře vydala Národní rada pro výzkum zprávu s názvem Nová věda metagenomiky: Odhalení tajemství naší mikrobiální planety. Mnohým se termín metagenomika může zdát abstraktní – koneckonců to zní jako metafyzika. Co je tedy mikrobiální metagenomika a jaký je její význam pro budoucnost biologie, biologického inženýrství a biotechnologie?
Konvenční genomický výzkum mikroorganismů určuje sekvence DNA jednotlivých mikrobů zkoumáním kultivovaných kmenů. V metagenomice jsou informace o sekvenci DNA extrahovány z celých mikrobiálních komunit in situ. Metagenomické přístupy využívají tato hromadná data k odvození základních vlastností jednotlivých mikrobů i mikrobiálních komunit jako celku.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z července 2007
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Metagenomika posouvá porozumění komplexním mikrobiálním systémům několika způsoby. Úsilí o kultivaci mikrobů selhalo při obnově mnoha mikroorganismů, které převládají v různých přírodních a člověkem vytvořených prostředích. Většina existujících mikrobiálních druhů a jejich chování proto představují rozsáhlou biologickou terra incognita. Metagenomické přístupy, které obcházejí potřebu purifikace a kultivace jednotlivých mikrobiálních kmenů, usnadňují získávání informací o sekvenci genomu z nepolapitelných mikrobiálních druhů. Druhým a možná důležitějším bodem je, že mikrobiální druhy se obecně nevyskytují jako jednotlivé kmeny nebo čisté kultury. Každé dané mikrobiální sdružení může spíše sestávat ze stovek různých druhů, z nichž každý vykazuje významnou genetickou variabilitu. Biologický význam a funkční důsledky této obrovské vnitrodruhové a mezidruhové biologické rozmanitosti zůstávají nejasné. Metagenomické přístupy umožňují přímé hodnocení diverzity komunity a poskytují soubory dat relevantní jak pro měření, tak pro modelování biologických procesů.
Mikrobiální společenstva u lidí budou nepochybně intenzivně studována pomocí metagenomických přístupů. Složitá souhra mezi lidským genotypem a fenotypem a související složení mikrobiomu a reakce jsou stále jasnější. (viz Náš mikrobiální zvěřinec) . Ale další využití metagenomiky bude také důležité. Dobrým příkladem jsou energetické aplikace, včetně mikrobiálně vyrobených biopaliv a nových procesů přeměny biomasy. Studium antropogenních vlivů na mikrobiální procesy, které regulují hmotnostní bilanci planetárních cyklů uhlíku a dusíku, bude rovněž těžit z metagenomiky.
Stejně jako sekvence lidského genomu představují výsledky metagenomické analýzy typ seznamu dílů, který plně nezachycuje funkční vlastnosti, vzájemné vztahy a dynamiku živých mikrobiálních společenstev. Začínají však rozšiřovat náš analytický dosah za hranice jediného organismu. Populační genomika, komunitní metabolismus a genomická srovnání různých mikrobiálních komunit jsou nyní možné. Nejsme tak daleko od systémové biologie, která poskytne ucelenější a přesnější obraz o celé hierarchii biologických systémů – od molekulárních, subcelulárních a mezibuněčných interakcí až po populace, komunity a ekosystémy.
Ed DeLong je profesorem v divizi biologického inženýrství a na katedře stavebního a environmentálního inženýrství na MIT.