Metagenómica
La metagenómica es definix com l'estudi del material genètic recuperat directament de mostres ambientals, sense necessitat d'aïllar ni cultivar els microorganismes presents. Este camp ha transformat la nostra comprensió de la biodiversitat microbiana i les seues funcions ecològiques en diferents ambients.[1]
A diferència de la microbiologia tradicional o de la genómica microbiana clàssica, que depenen de la clonació i el cultiu de ceps individuals, la metagenómica analisa de manera directa el ADN total d'una comunitat microbiana, permetent no solament conéixer qué microorganismes estan presents, sino també quines funcions metabòliques i gens posseïxen.[2]
En el desenroll de tècniques de seqüenciació massiva (NGS), la metagenómica moderna utilisa tant la seqüenciació de amplicones (per eixemple, 16S, 18S o ITS) com la seqüenciació metagenómica tipo shotgun per a recuperar i analisar fragments de tots els gens presents en una mostra ambiental. Estos alvanços han permés descobrir nous linajes microbianos, reconstruir genomes metagenómicos (MAGs) i explorar les funcions metabòliques de comunitats completes, des d'ecosistemes marins fins al microbioma humà.[3][1]
Hui en dia, gràcies a la contínua reducció en els costs de seqüenciació i a la disponibilitat de ferramentes bioinformáticas més robustes, la metagenómica permet estudiar l'ecologia microbiana a una escala i resolució sense precedents. Este enfocament no solament ha revolucionat la biologia ambiental i evolutiva, sino que també té aplicacions en biotecnología, salut humana, agricultura sostenible i monitorisació ambiental.[4]
Etimologia
[editar | editar còdic]El terme "metagenómica" va ser utilisat per primera volta per, entre uns atres, Jo Handlesman, Jon Clardly i Robert M. Goodman. Va ser en 1998 quan va aparéixer per primera volta en una publicació científica.[5] El terme metagenoma feya referència a un abordage que pretenia analisar una colecció de gens secuenciados d'una mostra ambiental com si es tractara d'un únic genoma. Recentment, Kevin Chen i Lior Pachter (investigadors de l'Universitat de Califòrnia, en Berkeley), varen definir la metagenómica com «l'aplicació de tècniques genómicas modernes per a l'estudi directe de comunitats de microorganismes en el seu entorn natural, evitant la necessitat d'aïllar i cultivar cada una de les espècies que componen la comunitat».[6]
Història
[editar | editar còdic]La seqüenciació convencional comença en un cultiu de cèlules idèntiques com a font de ADN. No obstant, els primers estudis metagenómicos varen revelar que hi ha molts grups de microorganismes en diferents ambients que no poden ser cultivats i per lo tant no poden ser secuenciados. Estos primers estudis es concentraven en les seqüències de ARN ribosomal 16S que són relativament curtes, normalment conservada dins d'una espècie, i generalment diferent entre espècies. Moltes seqüències de el ARNr 16S que han segut trobades no corresponen a cap espècie cultivada, indicant que hi ha una gran cantitat d'organismes que no han segut aïllats. Estos estudis dels gens de ARNr que es prenen directament del mig ambient varen revelar que els métodos de cultius bàsics troben menys del 1% de les bactèries i estoves en una mostra.[7] Gran part de l'interés en la metagenómica ve d'estos descobriments, que varen demostrar que la gran majoria dels microorganismes han passat desapercebuts.
Els primers treballs moleculars portats a terme en el camp varen ser dirigits per Norman R. Pastura i els seus colegues, els qui varen usar PCR per a explorar la diversitat de les seqüències de ARN ribosomal.[8] La percepció que es va obtindre a partir d'estos estudis tan alvançats varen conduir a Pastura a propondre l'idea de clonar ADN directament de mostres del mig ambient a principis de 1985.[9] Açò va conduir al primer reporte d'aïllament i clonació ADN des de mostres ambientals, publicat per Pastura i els seus colegues en 1991,[10] quan Pastura estava en el Departament de Biologia en la Universitat d'Indiana. Considerables esforços varen assegurar que no es tractara de falsos positius de el PCR i varen recolzar l'existència d'una comunitat complexa i inexplorada d'espècies. Encara que esta metodologia estava llimitada a explorar gens no codificadores per a proteïnes que es conserven prou, també va ajudar a realisar les primeres observacions microbianas basades en la morfologia demostrant que la diversitat era molt més complexa que la coneguda pels métodos de cultiu. Poc despuix d'això Healy va reportar l'aïllament metagenómico de gens funcionals de "zoolibraries" construïdes a partir d'un cultiu complex d'organismes ambientals creixcuts en un laboratori en herbes seques en 1995.[11] Despuix de deixar el laboratori de Pastura, Edward DeLong va continuar en el camp i ha publicat treballs que bàsicament ha fixat les bases de treball per a ofilogenias ambientals basat en la firma de seqüències 16S, escomençant en la construcció de biblioteques de mostres marines per part del seu equip.[12]
En 2002, Mya Breitbart, Forest Rohwer i els seus colegues varen utilisar la seqüenciació d'escopeta (vore avall) per a l'ambient per a mostrar que 200 litros d'aigua de mar contenen més de 5000 virus diferents.[13] Estudis subsegüents varen demostrar que hi ha més de mil espècies virals en les heces humanes i possiblement un milló de virus diferents per quilogram de sediment marí, incloent bacteriòfecs. Bàsicament tots els virus en estos estudis eren espècies noves. En 2004, Gene Tyson, Jill Banfield, i els seus colegues en University of Califòrnia, Berkeley i el Joint Genome Institute secuenciaron el ADN extret d'un sistema de drenage de mines de àcit[14] Este esforç va resultar en els genomes complets o casi complets d'un grup de bactèries i estoves que havien resistit intents previs per a ser cultivats.[15]
Escomençant en el 2003, Craig Venter, líder del proyecte fundat de manera privada i paralel al Proyecte del Genoma Humà, va dirigir l'Expedició Global Oceànica de Mostres (GOS), circunnavegando el globo i recolectant mostres metagenómicas durant tot el viage. Totes estes mostres es secuenciaron usant seqüenciació d'escopeta, en l'esperança de que anaren identificats nous genomes (i per lo tant nous organismes). El proyecte pilot, que es va portar a terme en el mar dels Sargazos, va trobar ADN de casi 2000 espècies diferents, incloent 148 tipos de bactèries mai vistes anteriorment.[17] Venter ha circunnavegado el globo i explorat a fondo la costa Oest d'Estats Units, va completar una expedició de dos anys per a explorar el mar Bàltica, el mar Mediterrànea i el mar Negra. Els anàlisis de l'informació metagenómica recopilada durant dit viage varen revelar dos grups d'organismes, un compost de tàxons adaptat per a condicions ambientals 'feast or famine', i un segon compost de relativament menys, pero més abundants i millor distribuïts tàxons, composts principalment de plankton.[18]
En el 2005 Stephan C. Schuster en Penn State University i els seus colegues varen publicar les primeres seqüències d'una mostra ambiental generada per mig de seqüenciació d'alt rendiment, en este cas pirosecuenciación massiva i paralela desenrollada per 454 Life Sciences.[19] Un atre treball que va aparéixer a principis d'estos estudis va ser de Robert Edwards, Forest Rohwer, i els seus colegues en el 2006 en Sant Diego State University.[20]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Current Microbiology.80(11)doi:10.1007/s00284-023-03451-5.
- ↑ Frontiers in Genetics.6doi:10.3389/fgene.2015.00348.
- ↑ Cell Reports Methods.3(1)
- 100391.doi:10.1016/j.crmeth.2022.100391.
- ↑ Foods.12(11)
- 2140.doi:10.3390/foods12112140.
- ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaHandelsman1998 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaChen2005 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaHugenholz1998 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaLane1985 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaPastura1985 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaPastura1991 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaHealy1995 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaStein1996 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaBreitbart2002 - ↑ (2004).Nature.428(6978)
- 37–43.doi:10.1038/nature02340.
- ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaHugenholz2002 - ↑ “Metagenomics - a guide from sampling to data analysis” (2012). Microbial Informatics and Experimentation 2 (1): 3. doi:. PMID 22587947.
- ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaVenter2004 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadayooseph2010 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaPoinar2005 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaEdwards2006
- Este artícul conté una traducció derivada de «Metagenómica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.