Definición de metagenómica

Esta primavera, el Consejo Nacional de Investigación publicó un informe titulado La nueva ciencia de la metagenómica: revelando los secretos de nuestro planeta microbiano. Para muchos, el término metagenómica puede parecer abstracto; después de todo, suena a metafísica. Entonces, ¿qué es la metagenómica microbiana y cuál es su relevancia para el futuro de la biología, la ingeniería biológica y la biotecnología?

La investigación genómica convencional sobre microorganismos determina las secuencias de ADN de microbios individuales examinando cepas cultivadas. En metagenómica, la información de la secuencia de ADN se extrae de comunidades microbianas enteras in situ. Los enfoques metagenómicos utilizan estos datos masivos para inferir las propiedades subyacentes tanto de los microbios individuales como de las comunidades microbianas en su conjunto.

Esta historia fue parte de nuestro número de julio de 2007

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La metagenómica avanza en la comprensión de sistemas microbianos complejos de varias formas. Los esfuerzos de cultivo de microbios no han logrado recuperar muchos de los microorganismos que predominan en una variedad de entornos naturales y artificiales. La mayoría de las especies microbianas existentes y sus comportamientos, por lo tanto, representan una vasta terra incógnita biológica. Los enfoques metagenómicos, que evitan la necesidad de purificar y cultivar cepas microbianas individuales, facilitan la recuperación de la información de la secuencia del genoma de especies microbianas esquivas. Un segundo punto, y quizás más importante, es que las especies microbianas generalmente no ocurren como cepas únicas o cultivos puros. Más bien, cualquier conjunto microbiano dado puede consistir en cientos de especies diferentes, cada una de las cuales presenta una variabilidad genética significativa. El significado biológico y las consecuencias funcionales de esta tremenda biodiversidad dentro y entre especies siguen siendo oscuros. Los enfoques metagenómicos permiten la evaluación directa de la diversidad de la comunidad y proporcionan conjuntos de datos relevantes tanto para medir como para modelar procesos biológicos.

Sin duda, las comunidades microbianas en los seres humanos se estudiarán de forma intensiva utilizando enfoques metagenómicos. Ya se está volviendo más clara la compleja interacción entre el genotipo y el fenotipo humanos, y la composición y respuesta del microbioma asociadas. (ver nuestra colección de animales microbianos) . Pero también serán importantes otros usos de la metagenómica. Las aplicaciones energéticas, incluidos los biocombustibles producidos por microbios y los nuevos procesos para la conversión de biomasa, son un buen ejemplo. El estudio de los efectos antropogénicos en los procesos microbianos que regulan el balance de masa de los ciclos planetarios del carbono y el nitrógeno también se beneficiará de la metagenómica.

Al igual que la secuencia del genoma humano, los resultados del análisis metagenómico representan un tipo de lista de partes que no captura completamente las propiedades funcionales, las interrelaciones y la dinámica de las comunidades microbianas vivas. Sin embargo, comienzan a extender nuestro alcance analítico más allá del organismo individual. La genómica de poblaciones, el metabolismo comunitario y las comparaciones genómicas de diferentes comunidades microbianas son ahora posibles. No estamos tan lejos de una biología de sistemas que proporcionará una imagen más holística y precisa de toda la jerarquía de los sistemas biológicos, desde las interacciones moleculares, subcelulares e intercelulares hasta las poblaciones, comunidades y ecosistemas.

Ed DeLong es profesor en la División de Ingeniería Biológica y el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT.

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