Metagenómica
La metagenómica[1] se define como el estudio del material genético, el cual es obtenido directamente de muestras ambientales.
Dicho trabajo reveló que la gran mayoría de la biodiversidad microbiana se había perdido debido a los métodos basados en el cultivo.
El término "metagenómica" fue utilizado por primera vez por, entre otros, Jo Handlesman, Jon Clardly y Robert M. Goodman.
[15] Empezando en el 2003, Craig Venter, líder del proyecto fundado de manera privada y paralelo al Proyecto del Genoma Humano, dirigió la Expedición Global Oceánica de Muestras (GOS), circunnavegando el globo y recolectando muestras metagenómicas durante todo el viaje.
[18] En el 2005 Stephan C. Schuster en Penn State University y sus colegas publicaron las primeras secuencias de una muestra ambiental generada mediante secuenciación de alto rendimiento, en este caso pirosecuenciación masiva y paralela desarrollada por 454 Life Sciences.
[19] Otras tres tecnologías comúnmente utilizadas para el muestreo ambiental son Ion Torrent Personal Genome Machine, Illumina MiSeq o HiSeq y Applied Biosystems SOLiD.
No obstante, esta limitación es compensada por el mucho mayor número de secuencias leídas.
Los ensamblajes mal hechos son ocasionados por la presencia de secuencias repetitivas del ADN que vuelven el ensamblaje especialmente difícil por la diferencia en la cantidad relativa de especies presentes en la muestra.
[39] Para poder conectar la función y la composición de la comunidad en metagenomas, las secuencias deben estar agrupadas.
[40] Otra herramienta, PhymmBL, utiliza modelos interpolados de Markov para asignar lecturas.
[26] MetaPhlAn y AMPHORA son métodos basados en marcadores de clados específicos para estimar la abundancia relativa con desempeños computacionales mejorados.
[41] Una vez que las secuencias son agrupadas, es posible llevar a cambo análisis comparativos de la diversidad y la riqueza utilizando herramientas como Unifrac.
[45] Los análisis comparativos entre metagenomas pueden proporcionar una percepción adicional hacia la función de comunidades microbianas complejas y su papel en la salud del huésped.
[46] Una comparación múltiple entre metagenomas puede hacerse a un nivel de la composición de la secuencia (comparando contenido GC o tamaño del genoma) taxonomía, diversidad o complemento funcional.
[47] Las comparaciones funcionales entre metagenomas pueden hacerse al comparar secuencias contra las referencias en las bases de datos como COG o KEGG, y tabulando la abundancia por categoría y evaluando cualquier diferencia por significación estadística.
[45] Este acercamiento centrado en genes enfatiza el complemento funcional de la comunidad como uno, y no como grupos taxonómicos y demuestra que los complementos funcionales son análogos bajo condiciones ambientales similares.
(2011)[49] también indicó que diferencias en los patrones de uso pueden ser usadas para identificar genes (o lecturas metagenómicas) originándose en hábitats específicos.
Un objetivo clave en la metagenómica comparativa es poder identificar grupos microbianos que son responsables de otorgar características específicas a cierto ecosistema.
[29] Otros han caracterizado interacciones inter-microbianas entre los grupos microbianos residentes.. Una aplicación de análisis comparativo metagenómicos basado en GUI llamada Community-Analyzer ha sido desarrollada por Kuntal et al.
[53] En dicho sistema, la estabilidad funcional del bioreactor metanogénico requiere la presencia de varias especies sintrópicas.
(Syntrophobacterales y Synergistia) trabajando juntas para poder convertir recursos crudos en residuos metabolizados completamente (metano).
Por lo tanto, la información de la genómica de comunidad es otra herramienta fundamental (junto con la metabolómica y la proteómica) en la búsqueda para determinar cómo los metabolitos son transferidos y transformados por una comunidad.
Debido a las dificultades técnicas (la corta vida media del ARNm, por ejemplo) presentes en la recolección de ARN ambiental, ha habido relativamente pocos estudios metatranscriptómicos in situ de las comunidades microbianas hasta la fecha.
También puede aplicarse a la resolución de retos prácticos en medicina, ingeniería, agricultura, sostenibilidad y ecología.
[30] Las comunidades microbianas juegan un papel clave en la preservación de la salud humana, pero su composición y el mecanismo por el que hacen esto sigue siendo un misterio.
El estudio intentó categorizar la profundidad y la diversidad filogenética de las bacterias gastrointestinales.
Hay dos tipos de funciones en estas agrupaciones: gestión interna y las que son específicas para el intestino.
Mientras estos estudio destacan algunas aplicaciones potenciales médicas importantes, solo 31-48.8% de las lecturas puede alinearse a 194 genomas públicos del intestino humano y 7.6-21.2% a los genomas de las bacterias disponibles en GenBank, lo cual indica que hace falta mucha más investigación para capturar los genomas bacterianos necesarios.
[30] La deconstrucción eficiente a escala industrial de biomasa requiere enzimas nuevas con mayor productividad y menor costo.
[66] Las estrategias funcionales metagenómicas están siendo usadas en explorar la interacción entre plantas y microbios a través del cultivo independiente de las comunidades microbianas.
