Diferencia entre revisiones de «Metagenómica»

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El término "metagenómica" fue utilizado por primera vez por, entre otros, [[Jo Handlesman]], Jon Clardly y [[Robert M. Goodman]]. Fue en 1998 cuando apareció por primera vez en una publicación científica.<ref name="Handelsman1998"/> El término metagenoma hacia referencia a un abordaje que pretendía analizar una colección de genes secuenciados de una muestra ambiental como si se tratara de un único [[genoma]]. Recientemente, Kevin Chen y [[Lior Pachter]] (investigadores de la Universidad de California, en Berkeley), definieron la metagenómica como "la aplicación de técnicas genómicas modernas para el estudio directo de comunidades de microorganismos en su entorno natural, evitando la necesidad de aislar y cultivar cada una de las especies que componen la comunidad".<ref name="Chen2005"/>
El término "metagenómica" fue utilizado por primera vez por, entre otros, [[Jo Handlesman]], Jon Clardly y [[Robert M. Goodman]]. Fue en 1998 cuando apareció por primera vez en una publicación científica.<ref name="Handelsman1998"/> El término metagenoma hacia referencia a un abordaje que pretendía analizar una colección de genes secuenciados de una muestra ambiental como si se tratara de un único [[genoma]]. Recientemente, Kevin Chen y [[Lior Pachter]] (investigadores de la Universidad de California, en Berkeley), definieron la metagenómica como "la aplicación de técnicas genómicas modernas para el estudio directo de comunidades de microorganismos en su entorno natural, evitando la necesidad de aislar y cultivar cada una de las especies que componen la comunidad".<ref name="Chen2005"/>

==Historia==
La secuenciación convencional comienza con un cultivo de células idénticas como fuente de [[Ácido desoxirribonucleico|ADN]]. Sin embargo, los primero estudios metagenómicos revelaron que hay muchos grupos de microorganismos en diferentes ambientes que no pueden ser cultivados y por lo tanto no pueden ser secuenciados. Estos primeros estudios se concentraban en las secuencias de [[ARN ribosomal]] 16S que son relativamente cortas, normalmente conservada dentro de una especie, y generalmente diferente entre especies Muchas secuencias del ARNr 16S que han sido encontradas no corresponden a ninguna especie cultivada, indicando que hay una gran cantidad de organismos que no han sido aislado. Estos estudios the los genes de ARNr que se toman directamente del medio ambiente revelaron que los métodos de cultivos básicos encuentran menos de 1% de las bacterias y [[Archaea|arqueas]] en una muestra.<ref name="Hugenholz1998" /> Gran parte del intereés en la metagenómica viene de estos descubrimientos que demostraron que la gran mayoría de los microorganismos ha pasado desapercibida..

Los primeros trabajos moleculares hechos en el campo fueron dirigidos por [[Norman R. Pace]] y sus colegas, quienes usaron [[PCR]] para explorar la diversidad de las secuencias de ARN ribosomal.<ref name="Lane1985"/> La persepción que se obtuvo a partir de estos estudios tan avanzados condujeron a Pace a proponer la idea de clonar ADN directamente de muestras del medio ambiente en los inicios de 1985.<ref name="Pace1985"/> Esto condujo al primer reporte de aislamiento y clonación ADN desde muestras ambientales, publicado por Pace y sus colegas en 1991,<ref name="Pace1991"/> cuando Pace estaba en el Departamento de Biología en la [[Universidad de Indiana de Pensilvania|Universidad de Indiana]]. Considerables esfuerzos aseguraron que éstas no fueran falsos positivos del PCR y apoyaron la existencia de una comunidad compleja e inexploarada de especies. Aunque esta metodología estaba limitada a explorar genes no codificadores para proteínas que se conservan bastante, tambíen ayudó a realizar las primeras observaciones microbianas basadas en la morfología demotrando que la diversidad era mucho más compleja que la conocida por los métodos de cultivo. Poco después de eso Healy reportó que el aislamiento metagenómico de genes funcionales de "zoolibraries" construidas a partir de un cultivo complejo de organismos ambientales crecidos en un laboratorio en hierbas secas en 1995. <ref name="Healy1995"/> Después de dejar el laboratorio de Pace, [[Edward DeLong]]<nowiki/>ccontinuó en el campo y ha publicado trabajos que básicamente ha fijado las bases de trabajo para ofilogenias ambientales basado en la firma de senuencias 16S, empezando con la construcción de bibliotecas de muestras marinas por parte de su equipo<ref name="Stein1996"/>

En 2002, Mya Breitbart, [[Forest Rohwer]], y sus colegas useron la secuenciación de escopeta (ver abajo) para el ambiente para mostrar que 200 litros de agua de mar contiene más de 5000 virus diferentes..<ref name="Breitbart2002"/> Estudio subsecuentes demostraron que hay más de mil especies virales en heces de humano y posiblemente un millon de virus diferentes por kilogramo de sedimento marino incluyendo [[Bacteriófago|bacteriófagos]]. Básicamente todos los virus en estos estudios eran especies nuevas. En 2004, Gene Tyson, Jill Banfield, y sus colegas en [[University of California, Berkeley]] y el [[Joint Genome Institute]]<nowiki/>ssecuenciaron el ADN extraído de un sistema deedrenaje de minas de ácidos<ref name="Tyson2004">{{cita publicación|url=http://www.nature.com/nature/journal/v428/n6978/full/nature02340.html|título=Insights into community structure and metabolism by reconstruction of microbial genomes from the environment|nombre=GW|publicación=Nature|volumen=428|número=6978|páginas=37–43|doi=10.1038/nature02340|pmid=14961025|urlarchivo=http://web.archive.org/web/http://www.nature.com/nature/journal/v428/n6978/full/nature02340.html|fechaarchivo=19 de noviembre de 2015|año=2004|apellido=Tyson|coautores=Chapman J, Hugenholtz P, Allen EE, Ram RJ, Richardson PM, Solovyev VV, Rubin EM, Rokhsar DS, Banfield JF}}</ref> Este esfuerzo resultó en los genomas completos o casi completos de un grupo de bacterias y arqueas que habían resistido intentos previos para ser cultivados.<ref name="Hugenholz2002"/>

[[File:Flow diagram of a typical metagenome projects.tiff|thumb|200px|Diagrama de flujo de un proecto metagenómico típico<ref>{{Cite journal | last1 = Thomas | first1 = T. | last2 = Gilbert | first2 = J. | last3 = Meyer | first3 = F. | doi = 10.1186/2042-5783-2-3 | title = Metagenomics - a guide from sampling to data analysis | journal = Microbial Informatics and Experimentation | volume = 2 | issue = 1 | pages = 3 | year = 2012 | pmid = 22587947| pmc =3351745 }}</ref>]]
Empezando en el 2003, [[Craig Venter]], líder del proyecto fundado de manera privada y paralelo al [[Proyecto Genoma Humano|Proyecto del Genoma Humano]], dirigió la Expedición Global Oceánica de Muestras (GOS), circunnavgenado el globo y recolectando muestras metagenómicas durante todo el viaje. Todas estas muestras se secuenciaron usando secuenciación de escopeta, con la esperanza que nuevos genomas (y por los tanto nuevos organismos) fueran identificados. El proyecto piloto, que se llevó a cabo en el mar Sargasso, encontró ADN de casi 2000 especies diferentes, incluyendo 148 tipos de bacterias nunca antes vistas.<ref name="Venter2004"/> Venter ha circunnavegado el globo y explorado a fondo la [[Costa Oeste de los Estados Unidos|costa Oeste de Estados Unidos]], completó una expedición de dos años para explorar el [[mar Báltico]], el [[mar Mediterráneo]] y el [[mar Negro]] . Los análisis de la información metagenómica recolectada durante este viaje revelaron dos grupos de organismos, uno compuesto, de taxones, adaptado para condiciones ambientales 'feast or famine', y un segundo compuesto de relativamente menos, pero más abundantes y mejor distribuidos taxones, compuestos principalmente de [[plankton]].<ref name="yooseph2010"/>

En el 2005 Stephan C. Schuster en [[Penn State University]] y sus colegas publicaron las primeras secuencias de una muestra ambiental generada con secuenciación de alto rendimiento, en este caso [[pirosecuenciación]] masiva y paralela desarrollada por [[454 Life Sciences]].<ref name="Poinar2005"/> Otro trabajo que apareció a principios de estos estudios fue de Robert Edwards, [[Forest Rohwer]], y sus colegas en el 2006 en [[San Diego State University]].<ref name="Edwards2006"/>


== Secuenciación ==
== Secuenciación ==

Revisión del 00:26 16 jun 2016

La metagenómica permite el estudio de comunidades microbiales como esas presentes en este arroyo recibiendo drenaje ácido proveniente de una mina de carbón.

La metagenómica[1]​ es el estudio del conjunto de genomas de un determinado entorno (metagenoma) directamente a partir de muestras de ese ambiente, sin necesidad de aislar y cultivar esas especies.[2]​

Mientras que la microbiología tradicional y la secuenciación de genoma de microbiano y la genómica están basadas en la cultivación de cultivos clonales, las primeras secuenciaciones génicas clonaban genes específicos (normalmentes el gen del ARNr 16S) para producir un perfil de la diversidad en una muestra natural. Dicho trabajo reveló que la gran mayoría de la biodiversidad microbiana se había perdido por los métodos basados en el cultivo.[3]​ Estudios recientes usando tanto secuenciación escopeta o el método de secuenciación de PCR dirigido para obtener muestras no alteradas de todos los genes de todos los miembros de la comunidad de la muestra tomada.[4]​ Debido a su habilidad para revelar la vida microscópica previa escondida, la metagenómica ofrece una forma poderosa para poder ver el mundo microbiano que tiene el potencial de revolucionar el etendimiento de todo el mundo vivo.[5]​ Como el precio de la secuenciación de ADN sigue cayendo, la metagenómica ahora permite investigar la ecología microbiana a mayor escala y con mejor detalle que antes.


Etimología

El término "metagenómica" fue utilizado por primera vez por, entre otros, Jo Handlesman, Jon Clardly y Robert M. Goodman. Fue en 1998 cuando apareció por primera vez en una publicación científica.[6]​ El término metagenoma hacia referencia a un abordaje que pretendía analizar una colección de genes secuenciados de una muestra ambiental como si se tratara de un único genoma. Recientemente, Kevin Chen y Lior Pachter (investigadores de la Universidad de California, en Berkeley), definieron la metagenómica como "la aplicación de técnicas genómicas modernas para el estudio directo de comunidades de microorganismos en su entorno natural, evitando la necesidad de aislar y cultivar cada una de las especies que componen la comunidad".[7]​

Historia

La secuenciación convencional comienza con un cultivo de células idénticas como fuente de ADN. Sin embargo, los primero estudios metagenómicos revelaron que hay muchos grupos de microorganismos en diferentes ambientes que no pueden ser cultivados y por lo tanto no pueden ser secuenciados. Estos primeros estudios se concentraban en las secuencias de ARN ribosomal 16S que son relativamente cortas, normalmente conservada dentro de una especie, y generalmente diferente entre especies Muchas secuencias del ARNr 16S que han sido encontradas no corresponden a ninguna especie cultivada, indicando que hay una gran cantidad de organismos que no han sido aislado. Estos estudios the los genes de ARNr que se toman directamente del medio ambiente revelaron que los métodos de cultivos básicos encuentran menos de 1% de las bacterias y arqueas en una muestra.[3]​ Gran parte del intereés en la metagenómica viene de estos descubrimientos que demostraron que la gran mayoría de los microorganismos ha pasado desapercibida..

Los primeros trabajos moleculares hechos en el campo fueron dirigidos por Norman R. Pace y sus colegas, quienes usaron PCR para explorar la diversidad de las secuencias de ARN ribosomal.[8]​ La persepción que se obtuvo a partir de estos estudios tan avanzados condujeron a Pace a proponer la idea de clonar ADN directamente de muestras del medio ambiente en los inicios de 1985.[9]​ Esto condujo al primer reporte de aislamiento y clonación ADN desde muestras ambientales, publicado por Pace y sus colegas en 1991,[10]​ cuando Pace estaba en el Departamento de Biología en la Universidad de Indiana. Considerables esfuerzos aseguraron que éstas no fueran falsos positivos del PCR y apoyaron la existencia de una comunidad compleja e inexploarada de especies. Aunque esta metodología estaba limitada a explorar genes no codificadores para proteínas que se conservan bastante, tambíen ayudó a realizar las primeras observaciones microbianas basadas en la morfología demotrando que la diversidad era mucho más compleja que la conocida por los métodos de cultivo. Poco después de eso Healy reportó que el aislamiento metagenómico de genes funcionales de "zoolibraries" construidas a partir de un cultivo complejo de organismos ambientales crecidos en un laboratorio en hierbas secas en 1995. [11]​ Después de dejar el laboratorio de Pace, Edward DeLongccontinuó en el campo y ha publicado trabajos que básicamente ha fijado las bases de trabajo para ofilogenias ambientales basado en la firma de senuencias 16S, empezando con la construcción de bibliotecas de muestras marinas por parte de su equipo[12]​

En 2002, Mya Breitbart, Forest Rohwer, y sus colegas useron la secuenciación de escopeta (ver abajo) para el ambiente para mostrar que 200 litros de agua de mar contiene más de 5000 virus diferentes..[13]​ Estudio subsecuentes demostraron que hay más de mil especies virales en heces de humano y posiblemente un millon de virus diferentes por kilogramo de sedimento marino incluyendo bacteriófagos. Básicamente todos los virus en estos estudios eran especies nuevas. En 2004, Gene Tyson, Jill Banfield, y sus colegas en University of California, Berkeley y el Joint Genome Institutessecuenciaron el ADN extraído de un sistema deedrenaje de minas de ácidos[14]​ Este esfuerzo resultó en los genomas completos o casi completos de un grupo de bacterias y arqueas que habían resistido intentos previos para ser cultivados.[15]​

Diagrama de flujo de un proecto metagenómico típico[16]​

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), circunnavgenado el globo y recolectando muestras metagenómicas durante todo el viaje. Todas estas muestras se secuenciaron usando secuenciación de escopeta, con la esperanza que nuevos genomas (y por los tanto nuevos organismos) fueran identificados. El proyecto piloto, que se llevó a cabo en el mar Sargasso, encontró ADN de casi 2000 especies diferentes, incluyendo 148 tipos de bacterias nunca antes vistas.[17]​ Venter ha circunnavegado el globo y explorado a fondo la costa Oeste de Estados Unidos, completó una expedición de dos años para explorar el mar Báltico, el mar Mediterráneo y el mar Negro . Los análisis de la información metagenómica recolectada durante este viaje revelaron dos grupos de organismos, uno compuesto, de taxones, adaptado para condiciones ambientales 'feast or famine', y un segundo compuesto de relativamente menos, pero más abundantes y mejor distribuidos taxones, compuestos principalmente de plankton.[18]​

En el 2005 Stephan C. Schuster en Penn State University y sus colegas publicaron las primeras secuencias de una muestra ambiental generada con secuenciación de alto rendimiento, en este caso pirosecuenciación masiva y paralela desarrollada por 454 Life Sciences.[19]​ Otro trabajo que apareció a principios de estos estudios fue de Robert Edwards, Forest Rohwer, y sus colegas en el 2006 en San Diego State University.[20]​

Secuenciación

Artículo principal: Secuenciación de ADN

La recuperación de secuencias de ADN mayores de unas pocas miles de pares de bases era muy difícil hasta la reciente llegada de avanzadas técnicas de Biología Molecular que permiten la construcción de genotecas de cromosomas artificiales bacterianos (BACs), que poseen numerosas ventajas como vectores, no presentes en los vectores de clonación disponibles hasta su aparición.[21]​

"Secuenciación ambiental balística (ESS, en inglés). (A) Recogida de muestras ambientales; (B) Filtrado de partículas, comúnmente por tamaño; (C) Lisis y extracción del ADN; (D) Clonación y construcción de la genoteca; (E) Secuenciación de los clones; (F) Ensamblaje de las secuencias en contigs y scaffolds.

"Metagenómica balística"

Los avances en Bioinformática, las mejoras en la amplificación del DNA, y el aumento de la capacidad de cómputo de los sistemas informáticos actuales han ayudado, en conjunto, al análisis de las secuencias de ADN obtenidas a partir de muestras ambientales, permitiendo la aplicación de la secuenciación balística a muestras metagenómicas. El abordaje balísitco sigue una serie de pasos básicos: fragmentación del ADN al azar en secuencias muy pequeñas, y ensamblaje por mapeo contra una secuencia consenso.

La metagenómica basada en balística permite la secuenciación directa de genomas microbianos casi completos, a partir de muestras ambientales.[14]​ En cada muestra ambiental existen una gran variedad de microorganismos en unas proporciones determinadas. Los organismos más abundantes estarán más representados en la información de secuencia obtenida. Se suelen requerir grandes muestras para asegurar una cobertura suficiente para resolver por completo los genomas de especies poco representadas en la comunidad. Por otra parte, la naturaleza aleatoria de la secuenciación por balística asegura que muchos de estos organismos, que pasarían desapercibidos si se usaran técnicas culturales clásicas, estarán representados al menos por pequeños fragmentos de secuencia.[14]​

Véase también

Referencias

  1. ↑ Raúl de la Puente. Metagenómica. Esa valiosa desconocida Journal of Feelsynapsis (JoF). ISSN 2254-3651. 2013.(12): 60-65
  2. ↑ http://www.oei.es/divulgacioncientifica/reportajes_416.htm
  3. ↑ a b Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Hugenholz1998
  4. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Eisen2007
  5. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas MarcoD2011
  6. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Handelsman1998
  7. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Chen2005
  8. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Lane1985
  9. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Pace1985
  10. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Pace1991
  11. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Healy1995
  12. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Stein1996
  13. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Breitbart2002
  14. ↑ a b c Tyson, GW; Chapman J, Hugenholtz P, Allen EE, Ram RJ, Richardson PM, Solovyev VV, Rubin EM, Rokhsar DS, Banfield JF (2004). «Insights into community structure and metabolism by reconstruction of microbial genomes from the environment». Nature 428 (6978): 37-43. PMID 14961025. doi:10.1038/nature02340. Archivado desde el original el 19 de noviembre de 2015. 
  15. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Hugenholz2002
  16. ↑ Thomas, T.; Gilbert, J.; Meyer, F. (2012). «Metagenomics - a guide from sampling to data analysis». Microbial Informatics and Experimentation 2 (1): 3. PMC 3351745. PMID 22587947. doi:10.1186/2042-5783-2-3. 
  17. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Venter2004
  18. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas yooseph2010
  19. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Poinar2005
  20. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Edwards2006
  21. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Beja2000
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