Metagenomik definierad

I våras släppte National Research Council en rapport med titeln The New Science of Metagenomics: Revealing the Secrets of Our Microbial Planet. För många kan termen metagenomics verka abstrakt – trots allt låter det som metafysik. Så vad är mikrobiell metagenomik, och vad är dess relevans för framtiden för biologi, biologisk ingenjörskonst och bioteknik?





Konventionell genomforskning om mikroorganismer bestämmer DNA-sekvenserna för enskilda mikrober genom att undersöka odlade stammar. Inom metagenomik extraheras DNA-sekvensinformation från hela mikrobiella samhällen in situ. Metagenomiska tillvägagångssätt använder dessa bulkdata för att sluta sig till underliggande egenskaper hos både enskilda mikrober och mikrobiella samhällen som helhet.

Andra jorden

Den här historien var en del av vårt julinummer 2007

  • Se resten av frågan
  • Prenumerera

Metagenomics främjar förståelsen av komplexa mikrobiella system på flera sätt. Insatser för att odla mikrob har misslyckats med att återställa många av de mikroorganismer som dominerar i en mängd olika naturliga och konstgjorda miljöer. Majoriteten av befintliga mikrobiella arter och deras beteenden representerar därför en stor biologisk terra incognita. Metagenomiska tillvägagångssätt, som kringgår behovet av att rena och odla individuella mikrobiella stammar, gör det lättare att hämta genomsekvensinformation från svårfångade mikrobiella arter. En andra, och kanske viktigare, punkt är att mikrobiella arter i allmänhet inte förekommer som enskilda stammar eller rena kulturer. Snarare kan varje given mikrobiell sammansättning bestå av hundratals olika arter, var och en uppvisar betydande genetisk variation. Den biologiska innebörden och funktionella konsekvenserna av denna enorma biologiska mångfald inom och mellan arter förblir oklara. Metagenomiska tillvägagångssätt möjliggör direkt bedömning av samhällets mångfald och tillhandahåller datauppsättningar som är relevanta för både mätning och modellering av biologiska processer.



Mikrobiella samhällen hos människor kommer utan tvekan att studeras intensivt med hjälp av metagenomiska metoder. Redan det komplexa samspelet mellan mänsklig genotyp och fenotyp, och den associerade mikrobiomsammansättningen och responsen, blir allt tydligare (se Vårt mikrobiella menageri) . Men andra användningar av metagenomik kommer också att vara viktiga. Energitillämpningar, inklusive mikrobiellt producerade biobränslen och nya processer för omvandling av biomassa, är ett bra exempel. Studiet av antropogena effekter på mikrobiella processer som reglerar massbalansen av planetariska kol- och kvävecykler kommer också att dra nytta av metagenomik.

Liksom den mänskliga genomsekvensen representerar resultaten av metagenomisk analys en typ av dellista som inte fullt ut fångar de funktionella egenskaperna, sambanden och dynamiken hos levande mikrobiella samhällen. De börjar dock utöka vår analytiska räckvidd bortom den enda organismen. Populationsgenomik, samhällsmetabolism och genomiska jämförelser av olika mikrobiella samhällen är alla nu möjliga. Vi är inte så långt borta från en systembiologi som kommer att ge en mer holistisk och korrekt bild av hela hierarkin av biologiska system – från molekylära, subcellulära och intercellulära interaktioner till populationer, samhällen och ekosystem.

Ed DeLong är professor vid Biological Engineering Division och Institutionen för civil- och miljöteknik vid MIT.



Dölj