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Como a Metagenômica Está Revolucionando Nossa Compreensão da Vida Microbiana
Prof. Aécio D’Silva, Ph.D
AquaUniversity
O Que é Metagenômica?
Metagenômica Explicada – A Metagenômica é um campo de estudo que nosso grupo de cientistas utilizam aplicando técnicas avançadas de sequenciamento genético e computacionais para analisar o DNA e RNA coletivos de comunidades microbianas inteiras (1). Ao analisar o material genético de todos os microrganismos em uma amostra, podemos obter insights sobre as funções, interações e diversidade desses ecossistemas complexos.
A Metagenômica é uma tecnologia genética em rápido crescimento que nos permite estudar o material genético coletivo de comunidades microbianas inteiras. Ao analisar o DNA e RNA de todos os microrganismos em uma amostra, podemos obter novas informações sobre as interações e dinâmicas complexas da vida microbiana.
Os microrganismos estão ao nosso redor e desempenham papéis críticos na manutenção da saúde e do equilíbrio de nossos ecossistemas. No entanto, a maioria desses organismos microscópicos é difícil de estudar e entender, pois são invisíveis a olho nu e podem ser incrivelmente diversos e complexos. É aí que entra a metagenômica.
Metagenômica Explicada – Como funciona?
A Metagenômica começa com a coleta de uma amostra, que pode vir de várias fontes, como solo, água ou intestino humano (2). A amostra é então processada para extrair o material genético, que geralmente está na forma de DNA ou RNA. Em seguida, o material genético é sequenciado, o que significa que a ordem dos nucleotídeos (os blocos de construção do DNA e RNA) é determinada. Isso gera uma enorme quantidade de dados que podem ser analisados usando poderosas ferramentas de análise computacional ou bioinformática.
Um dos principais desafios da metagenômica é que o material genético em uma amostra vem de uma ampla gama de microorganismos, que podem ser difíceis de identificar e classificar. Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores usam uma variedade de técnicas, como comparar o material genético com bancos de dados existentes ou agrupar sequências semelhantes.
Metagenômica Explicada – Aplicações
A metagenômica é uma ferramenta poderosa para a microbiologia ambiental. Pode ser usado para estudar a biodiversidade de micróbios em amostras de solo, água e ar. O sequenciamento metagenômico também foi aplicado a estudos de microbioma humano, onde o objetivo é identificar todos os microrganismos que vivem sobre ou dentro do corpo das pessoas. Essas informações podem ajudar os pesquisadores a entender como esses organismos interagem uns com os outros e com seus hospedeiros, bem como por que certas doenças ocorrem com mais frequência do que outras em certas populações (por exemplo, obesidade).
Na realidade, a A metagenômica tem uma ampla gama de aplicações em áreas como ciência ambiental, agricultura, aquicultura (1), medicina e biotecnologia. Por exemplo, na ciência ambiental, a metagenômica pode ser usada para estudar a diversidade e a função de comunidades microbianas em diferentes ecossistemas, como o oceano, o solo ou o intestino humano. Essas informações podem ser usadas para entender melhor o papel dos microrganismos na manutenção da saúde e resiliência do ecossistema.
Na agricultura, a metagenômica pode ser usada para estudar as comunidades microbianas que vivem nas culturas, o que pode ter um impacto significativo na saúde e produtividade das plantas. Ao entender as funções e interações dessas comunidades microbianas, os pesquisadores podem desenvolver estratégias para melhorar o rendimento das culturas e reduzir o uso de pesticidas e fertilizantes.
Na aquicultura, utilizamos metagenômica para estudar o sistema AquaBioPonics Bioflocs (1), que combina sinergicamente a aquicultura com a tecnologia de bioflocos, cultivo de algas, hidroponia e coleta de água da chuva, é uma biotecnologia de aquicultura eficiente para produzir peixes, camarões e vegetais orgânicos. Ao adicionar um probiótico comercial aos nossos sistemas, observamos uma produtividade melhorada e concentrações significativamente mais baixas de amônia. Nossa pesquisa metagenômica forneceu informações valiosas sobre o microbioma geral e a presença de bactérias metabolizadoras de nitrogênio presentes nesses sistemas de aquicultura de alto rendimento.
Na medicina, a metagenômica está sendo usada para estudar o microbioma, que é a coleção de microrganismos que vivem dentro e sobre o corpo humano. Ao analisar o material genético desses microrganismos, os pesquisadores podem obter insights sobre o papel do microbioma na saúde e na doença. Essas informações podem ser usadas para desenvolver novos tratamentos e terapias para uma ampla gama de condições, como doença inflamatória intestinal, obesidade e câncer.
Desafios e Direções Futuras
Apesar de suas muitas aplicações, a metagenômica e uma ciência recente e ainda enfrenta vários desafios. Um dos maiores desafios é a grande quantidade de dados gerados pelo sequenciamento do material genético de comunidades microbianas inteiras. Isso requer ferramentas computacionais avançadas e experiência para processar e analisar os dados.
Outro desafio é a necessidade de melhores métodos para identificar e classificar os microrganismos e excelentes máquinas de sequenciamento de rendimento requerem ferramentas de computação padrão e software com excelente precisão de análise de dados, a fim de analisar os dados de sequenciamento de genomas virais. O engajamento técnico de alto custo é necessário para isso.
Para concluir, a Metagenômica é uma ferramenta poderosa para estudar e entender o genoma de um organismo. Tem muitas vantagens, incluindo:
A capacidade de analisar amostras de vários indivíduos de uma só vez. Isso permite a comparação entre diferentes populações, bem como dentro de uma única população ao longo do tempo ou espaço.
Uma ampla gama de aplicações em medicina, agricultura e ciências ambientais (entre outras). No entanto, existem também algumas limitações à metagenômica que devem ser consideradas ao projetar experimentos. Contudo, suas potencialidades são imensas e estamos somente no início do desbravamento desta incrível tecnologia.
Referências:
- (1) Aecio D’Silva and John A Kyndt (2020) Bacterial Diversity Greatly Affects Ammonia and Overall Nitrogen Levels in Aquabioponics Bioflocs Systems, Based on 16S rRNA Gene Amplicon Metagenomics. Applied Microbiol Open Access 6: 169. Doi: 10.35248 / 2471-9315.20.6.169
- (2) Bhukya PL and Nawadkar R (2018) Potential Applications and Challenges of Metagenomics in Human Viral Infections. Metagenomics for Gut Microbes. InTech. DOI: 10.5772/intechopen.75023.
