Metagenomica definita

Questa primavera, il National Research Council ha pubblicato un rapporto intitolato The New Science of Metagenomics: Revealing the Secrets of Our Microbial Planet. A molti, il termine metagenomica potrebbe sembrare astratto, dopotutto suona come metafisica. Quindi cos'è la metagenomica microbica e qual è la sua rilevanza per il futuro della biologia, dell'ingegneria biologica e della biotecnologia?

La ricerca genomica convenzionale sui microrganismi determina le sequenze di DNA dei singoli microbi esaminando i ceppi coltivati. Nella metagenomica, le informazioni sulla sequenza del DNA vengono estratte da intere comunità microbiche in situ. Gli approcci metagenomici utilizzano questi dati di massa per dedurre le proprietà sottostanti sia dei singoli microbi che delle comunità microbiche nel loro insieme.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2007

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

La metagenomica fa progredire la comprensione dei sistemi microbici complessi in diversi modi. Gli sforzi di coltivazione dei microbi non sono riusciti a recuperare molti dei microrganismi che predominano in una varietà di ambienti naturali e artificiali. La maggior parte delle specie microbiche esistenti e dei loro comportamenti rappresentano quindi una vasta terra incognita biologica. Gli approcci metagenomici, che eludono la necessità di purificare e coltivare singoli ceppi microbici, facilitano il recupero delle informazioni sulla sequenza genomica da specie microbiche sfuggenti. Un secondo punto, forse più importante, è che le specie microbiche non si presentano generalmente come ceppi singoli o colture pure. Piuttosto, un dato assemblaggio microbico può essere costituito da centinaia di specie diverse, ognuna delle quali mostra una significativa variabilità genetica. Il significato biologico e le conseguenze funzionali di questa enorme biodiversità all'interno e tra le specie rimangono oscure. Gli approcci metagenomici consentono la valutazione diretta della diversità della comunità e forniscono set di dati rilevanti sia per la misurazione che per la modellazione dei processi biologici.

Le comunità microbiche nell'uomo saranno senza dubbio studiate in modo intensivo utilizzando approcci metagenomici. La complessa interazione tra genotipo e fenotipo umano e la relativa composizione e risposta del microbioma sta già diventando più chiara (vedi Il nostro serraglio microbico) . Ma saranno importanti anche altri usi della metagenomica. Le applicazioni energetiche, compresi i biocarburanti prodotti microbicamente e i nuovi processi per la conversione della biomassa, sono un buon esempio. Anche lo studio degli effetti antropici sui processi microbici che regolano il bilancio di massa dei cicli planetari del carbonio e dell'azoto trarrà vantaggio dalla metagenomica.

Come la sequenza del genoma umano, i risultati dell'analisi metagenomica rappresentano un tipo di elenco di parti che non cattura completamente le proprietà funzionali, le interrelazioni e le dinamiche delle comunità microbiche viventi. Tuttavia, iniziano ad estendere la nostra portata analitica oltre il singolo organismo. La genomica della popolazione, il metabolismo della comunità e i confronti genomici di diverse comunità microbiche sono ora possibili. Non siamo così lontani da una biologia dei sistemi che fornirà un quadro più olistico e accurato dell'intera gerarchia dei sistemi biologici, dalle interazioni molecolari, subcellulari e intercellulari alle popolazioni, comunità ed ecosistemi.

Ed DeLong è professore presso la Divisione di Ingegneria Biologica e il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del MIT.

nascondere