211service.com
Metagenomika Apibrėžta
Šį pavasarį Nacionalinė mokslinių tyrimų taryba išleido pranešimą „Naujasis metagenomikos mokslas: mūsų mikrobinės planetos paslapčių atskleidimas“. Daugeliui terminas metagenomika gali atrodyti abstraktus – juk tai skamba kaip metafizika. Taigi, kas yra mikrobų metagenomika ir kokia jos reikšmė biologijos, biologinės inžinerijos ir biotechnologijų ateičiai?
Įprasti genominiai mikroorganizmų tyrimai nustato atskirų mikrobų DNR sekas, tiriant auginamas padermes. Metagenomikoje DNR sekos informacija išgaunama iš ištisų mikrobų bendruomenių in situ. Metagenominiai metodai naudoja šiuos masinius duomenis, kad padarytų išvadą apie atskirų mikrobų ir mikrobų bendruomenių, kaip visumos, savybes.
Ši istorija buvo mūsų 2007 m. liepos mėn. numerio dalis
- Žr. likusią numerio dalį
- Prenumeruoti
Metagenomika keliais būdais padeda suprasti sudėtingas mikrobų sistemas. Mikrobų auginimo pastangomis nepavyko atkurti daugelio mikroorganizmų, vyraujančių įvairiose natūraliose ir žmogaus sukurtose aplinkose. Todėl dauguma išlikusių mikrobų rūšių ir jų elgesys yra didžiulė biologinė incognita. Metagenominiai metodai, kuriais išvengiama būtinybės išvalyti ir kultivuoti atskiras mikrobų padermes, leidžia lengviau gauti informaciją apie genomo seką iš sunkiai suvokiamų mikrobų rūšių. Antras ir galbūt svarbesnis dalykas yra tai, kad mikrobų rūšys paprastai nėra atskiros padermės ar grynos kultūros. Atvirkščiai, bet kurį mikrobų rinkinį gali sudaryti šimtai skirtingų rūšių, kurių kiekviena pasižymi dideliu genetiniu kintamumu. Šios didžiulės biologinės įvairovės tarp rūšių ir tarp rūšių biologinė prasmė ir funkcinės pasekmės lieka neaiškios. Metagenominiai metodai leidžia tiesiogiai įvertinti bendruomenių įvairovę ir pateikti duomenų rinkinius, svarbius tiek biologiniams procesams matuoti, tiek modeliuoti.
Žmonių mikrobų bendruomenės, be abejo, bus intensyviai tiriamos naudojant metagenominius metodus. Jau dabar tampa aiškesnė sudėtinga žmogaus genotipo ir fenotipo sąveika bei susijusi mikrobiomų sudėtis ir atsakas (žr. Mūsų mikrobų žvėrynas) . Tačiau kiti metagenomikos panaudojimo būdai taip pat bus svarbūs. Energijos panaudojimas, įskaitant mikrobų būdu pagamintą biokurą ir naujus biomasės konversijos procesus, yra geras pavyzdys. Antropogeninio poveikio mikrobiniams procesams, reguliuojantiems planetos anglies ir azoto ciklų masės balansą, tyrimas taip pat bus naudingas metagenomika.
Kaip ir žmogaus genomo seka, metagenominės analizės rezultatai atspindi tam tikro tipo dalių sąrašą, kuris nevisiškai atspindi gyvų mikrobų bendruomenių funkcines savybes, tarpusavio ryšius ir dinamiką. Tačiau jie pradeda išplėsti mūsų analitinį pasiekiamumą už vieno organizmo ribų. Dabar įmanoma populiacijos genomika, bendruomenės metabolizmas ir skirtingų mikrobų bendruomenių genominiai palyginimai. Mes nesame taip toli nuo sistemų biologijos, kuri suteiks holistiškesnį ir tikslesnį visos biologinių sistemų hierarchijos vaizdą – nuo molekulinės, tarpląstelinės ir tarpląstelinės sąveikos iki populiacijų, bendruomenių ir ekosistemų.
Edas DeLongas yra MIT Biologijos inžinerijos skyriaus ir Civilinės ir aplinkos inžinerijos katedros profesorius.