Metagenomica: verschil tussen versies
k sp |
|||
| Regel 24: | Regel 24: | ||
== Toepassingen == |
== Toepassingen == |
||
Metagenomica heeft veel duidelijk gemaakt over de complexiteit, ecologische functies en medische waarde van de microbiële gemeenschappen om ons heen. |
Metagenomica heeft veel duidelijk gemaakt over de complexiteit, ecologische functies en medische waarde van de microbiële gemeenschappen om ons heen. Inzichten in de metagenomica worden in diverse gebieden praktisch toegepast, onder meer in de [[biotechnologie]], [[geneeskunde]], [[landbouw]], [[duurzaamheid]] en [[ecologie]].<ref name="committee2007">{{Citeer boek| uitgever = The National Academies Press| isbn = 978-0-309-10676-4| title = The New Science of Metagenomics: Revealing the Secrets of Our Microbial Planet| taal = en | year = 2007}}</ref><ref>{{Citeer boek|auteur = Thatoi H, Pradhan S, Kumar U. |datum =2022 |titel = Applications of Metagenomics |uitgever = Academic Press |ISBN =978-0-323-98394-5 |taal =en}}</ref> |
||
=== Landbouw === |
|||
De [[bodem]]s waarin planten groeien en gewassen worden verbouwd, zijn de woonplaats van complexe microbiële gemeenschappen. Eén gram vruchtbare grond bevat ongeveer 10<sup>9</sup>–10<sup>10</sup> microbiële cellen, wat overeenkomt met ongeveer een [[basenpaar|gigabase]] aan sequentie-informatie. Ondanks het economisch belang is er nog veel onduidelijk over de werking van deze microbiële gemeenschappen. Wel is helder dat ze verschillende [[ecosysteemdienst]]en vervullen die essentieel zijn voor plantengroei, zoals [[stikstoffixatie|fixatie van stikstof]], beschikbaar maken van nutriënten, onderdrukken van ziektes en het [[siderofoor|wegvangen]] van metalen.<ref>{{Citeer journal | auteur = Hayat R, Ali S, Amara U. |jaar = 2010 | titel = Soil beneficial bacteria and their role in plant growth promotion: a review | journal = Annals of Microbiology | volume = 60 | pages = 579–598 | doi = 10.1007/s13213-010-0117-1 | taal = en}}</ref><ref>{{citeer journal | auteur = Bringel F, Couée I | title = Pivotal roles of phyllosphere microorganisms at the interface between plant functioning and atmospheric trace gas dynamics | journal = Frontiers in Microbiology | volume = 6 | pages = 486 | date = 2015 | pmid = 26052316 | pmc = 4440916 | doi = 10.3389/fmicb.2015.00486 | taal=en }}</ref> Metagenomica kan zodoende bijdragen aan verbeterde landbouwmethoden die aangrijpen op de interacties tussen gewassen en het microbiële bodemleven.<ref name="committee2007" /><ref>{{Citeer hoofdstuk| auteur =Bakshi A, Moin M, Madhav MS. | hoofdstuk = Metagenomics in Agriculture: state-of-the-art| title = Metagenomics: Techniques, Applications, Challenges and Opportunities| datum =2020 | pages = 167-187 | uitgever = Springer | isbn =10.1007/978-981-15-6529-8 | url = https://doi.org/10.1007/978-981-15-6529-8_11|taal=en}}</ref> |
|||
==Zie ook== |
==Zie ook== |
||
Versie van 12 okt 2022 11:00
Metagenomica (Engels: metagenomics) is het onderzoeksgebied dat zich bezighoudt met de analyse van het genetisch materiaal dat rechtstreeks uit een bepaalde omgeving wordt bemonsterd. Men kan door middel van metagenomisch onderzoek te weten komen welke micro-organismen er in een bepaalde omgeving leven, wat hun soortenrijkdom is en welke mogelijke (ecologische) functie ze vervullen.[1]
Tijdens een metagenomisch onderzoek wordt eerst een monster genomen van een bepaalde omgeving, zoals de bodem, het zeewater of de menselijke darm. In dit monster bevindt zich genetisch materiaal (DNA) van alle plaatselijke micro-organismen. Het DNA wordt geïsoleerd uit het monster, vervolgens gekloneerd (vermeerderd), en ten slotte met moderne apparatuur gesequencet. Met de computer kunnen dan alle individuele genomen die in het monster zaten geprofileerd worden.[2]
De metagenomica heeft licht geworpen op de gigantische diversiteit van het microbiële leven om ons heen.[3] In het verleden was het nodig de microbiële soorten eerst te isoleren en in cultuur te brengen, alvorens ze te sequencen. Doordat de kosten van DNA-sequencing gestaag bleven dalen, kan men tegenwoordig de microbiële gemeenschappen direct uit hun lokale omgeving in ongeëvenaard detail onderzoeken. Moderne analyses maken gebruik van shotgun- of PCR-gebaseerde technieken voor het sequencingsproces.[2]
Techniek
Sequencing
Meer informatie: DNA-sequencing
Dankzij vooruitgangen in bio-informatica, verfijning in het kloneren van DNA, en een verbeterde rekenkracht van computers is het mogelijk geworden om de wirwar van DNA in een ruw milieu-monster te ontcijferen; oftewel te zeggen van welke micro-organismen het DNA afkomstig is. Tot aan de jaren 2000 – een periode waarin men de organismen uit een monster eerst in kweek moest brengen – leek dat onwaarschijnlijke toekomstmuziek.[5]
Het vaststellen van de nucleotidevolgorde van het DNA in een monster gebeurt met relatief eenvoudige sequencing-technieken, zoals shotgun-sequencing.[6] Bij deze techniek, die ook gebruikt is om het menselijk genoom te bepalen, wordt het DNA in willekeurige stukken gefragmenteerd. De fragmenten zijn klein genoeg om te worden gesequencet. De gesequencete stukjes (reads) worden vervolgens – op basis van overlappende delen – weer in elkaar gezet tot een consensussequentie (genoomassemblage). De assemblage en daaropvolgende analyse van de sequentiedata blijft een moeilijke uitdaging in de metagenomica.[6]
Shotgun-metagenomica kan informatie leveren over welke organismen aanwezig zijn in een bepaald milieu, maar bijvoorbeeld ook welke metabole processen mogelijk zijn in de gemeenschap.[7] Het is belangrijk om te bedenken dat de meest abundante micro-organismen in een monster ook het sterkst vertegenwoordigd zullen worden in de uiteindelijke sequentiedata. Om ook de minder abundante soorten in beeld te krijgen, is het nodig grotere samples van de omgeving te nemen. Dit is om praktische redenen niet altijd mogelijk.
Bio-informatica en analyse
De gegevens die tijdens een metagenomisch onderzoek worden gegenereerd zijn enorm en van nature ruizig; ze bevatten immers de gefragmenteerde gegevens van duizenden, soms tienduizenden soorten micro-organismen. Ter illustratie: de darmflora van de mens bestaat uit ruim 300 gigabasen (300 miljard letters aan DNA). Het verzamelen, beheren en extraheren van nuttige biologische informatie uit datasets van deze omvang vormt een aanzienlijke rekenkundige uitdaging voor bio-informatici.[7][1][8]
Toepassingen
Metagenomica heeft veel duidelijk gemaakt over de complexiteit, ecologische functies en medische waarde van de microbiële gemeenschappen om ons heen. Inzichten in de metagenomica worden in diverse gebieden praktisch toegepast, onder meer in de biotechnologie, geneeskunde, landbouw, duurzaamheid en ecologie.[9][10]
Landbouw
De bodems waarin planten groeien en gewassen worden verbouwd, zijn de woonplaats van complexe microbiële gemeenschappen. Eén gram vruchtbare grond bevat ongeveer 109–1010 microbiële cellen, wat overeenkomt met ongeveer een gigabase aan sequentie-informatie. Ondanks het economisch belang is er nog veel onduidelijk over de werking van deze microbiële gemeenschappen. Wel is helder dat ze verschillende ecosysteemdiensten vervullen die essentieel zijn voor plantengroei, zoals fixatie van stikstof, beschikbaar maken van nutriënten, onderdrukken van ziektes en het wegvangen van metalen.[11][12] Metagenomica kan zodoende bijdragen aan verbeterde landbouwmethoden die aangrijpen op de interacties tussen gewassen en het microbiële bodemleven.[9][13]
Zie ook
Bronnen
|