Was ist Metagenomik?

Von Yolanda Smith, B.Pharm.Überprüft von Afsaneh Khetrapal, BSc

Metagenomik ist die Untersuchung von Mikroben in ihrem natürlichen Lebensumfeld, d. h. in den komplexen mikrobiellen Gemeinschaften, in denen sie normalerweise vorkommen. Untersucht wird die genomische Zusammensetzung eines gesamten Organismus, einschließlich aller Mikroben, die in ihm vorkommen. Es ist wichtig, die Mikroben und den Wirt als voneinander abhängig zu betrachten und sie als Gemeinschaft zu betrachten, anstatt sie als getrennte Einheiten zu betrachten.

Mikroben der Erde

Mikroben sind für alles Leben auf der Erde unerlässlich, da sie an Prozessen in der Biosphäre beteiligt sind, die die Schlüsselelemente des Lebens (z. B. Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel) in biologisch zugängliche Formen umwandeln. Diese chemischen Kreisläufe sind auf Mikroben angewiesen, um die Stabilität der Umwelt aufrechtzuerhalten.

Das menschliche Leben ist daher eng mit mikrobiellen Gemeinschaften verbunden, die für die Versorgung mit Nährstoffen, Metallen und Vitaminen verantwortlich sind. Mikroben sind direkt am Prozess der Fermentation, der Beseitigung von Toxinen, der Nährstoffextraktion und der Lebensmittelverdauung beteiligt.

Mikrobengemeinschaften und die menschliche Gesundheit

Angesichts der wesentlichen Rolle, die Mikroben für die Gesundheit von Menschen und Tieren auf der Erde spielen, mag es überraschen, dass die überwältigende Mehrheit der mikrobiellen Population, die im Menschen lebt, in der Vergangenheit nicht in nennenswertem Umfang beobachtet und erforscht wurde.

Damit eröffnet sich ein neues Spielfeld für die Forschung im Bereich der Metagenomik. Wenn wir in der Lage sind, unser Verständnis der mikrobiellen Gemeinschaften zu vertiefen, die regelmäßig mit dem Menschen interagieren, wie z. B. diejenigen, die sich im Magen-Darm-Trakt aufhalten, könnte dies Aufschluss über die Wechselwirkung zwischen Mikroben und menschlicher Gesundheit geben. Mikroben können für Stoffwechselwege kodieren, die für das Überleben des Menschen unerlässlich sind, auch wenn sie im Genom des Menschen nicht vorhanden sind.

Veränderungen in der Menge der Mikroben, die regelmäßig mit dem Menschen interagieren, können mit der Verursachung einiger Gesundheitszustände in Verbindung gebracht werden, wie z. B. entzündliche Darmerkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Ekzeme oder Krebs.

Die Mikroben, die für diese Veränderungen verantwortlich sind, sind wahrscheinlich nicht die Art von Mikroben, die direkt Krankheiten oder Infektionen verursachen. Die wahrscheinlichste Erklärung ist vielmehr, dass die Mikroben und der menschliche Körper normalerweise zusammenarbeiten, um die Nahrung erfolgreich zu verdauen, Giftstoffe aus dem Körper zu entfernen und zu verhindern, dass eine Infektion den Körper befällt. Wenn sich die Funktion einer Mikrobe, die so eng mit der menschlichen Gesundheit verbunden ist, verändert, kann sich dies in einem Gesundheitszustand des betroffenen Menschen niederschlagen.

Metagenomik und Forschungstechniken

Das Gebiet der Metagenomik ist relativ neu, da Mikroben traditionell in einem laborgestützten Umfeld untersucht wurden und nicht im Wirt als kombinierte Einheit. Daher ist das derzeitige Wissen über Mikroben in ihrem natürlichen Lebensraum gering.

Die Metagenomik zielt darauf ab, Fortschritte in der Umwelt- und klinischen Mikrobiologie zu erzielen, trotz erheblicher Hindernisse wie der Schwierigkeit, eine Kultur herzustellen, und der genomischen Vielfalt der Mikroben. Man hofft, dass ein besseres Verständnis des Wesens der Mikroben in der Umwelt erhebliche Auswirkungen auf andere Wissenschaften und Forschungsbereiche wie Medizin, Biologie, Biotechnologie und Ökologie haben könnte.

In diesem frühen Stadium der Metagenomik konzentriert sich die Forschung in erster Linie auf nicht-eukaryotische Mikroben, obwohl zu erwarten ist, dass die Studie mit der Zeit alle Bereiche der Biologie umfassen wird.

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54011/
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3351745/
3. http://www.ucc.ie/apc/content/pdf/Meta-genomics.pdf
4. http://www.igs.umaryland.edu/research/metagenomics/

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• Alle Inhalte der Genomik
• Was ist Genomik?
• Next Generation Sequencing: Die Grundlagen
• Genomanalyse
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Geschrieben von

Yolanda Smith

Yolanda schloss ihr Studium der Pharmazie an der University of South Australia mit einem Bachelor ab und hat sowohl in Australien als auch in Italien gearbeitet. Sie interessiert sich leidenschaftlich dafür, wie sich Medizin, Ernährung und Lebensstil auf unsere Gesundheit auswirken, und es macht ihr Spaß, Menschen zu helfen, dies zu verstehen. In ihrer Freizeit liebt sie es, die Welt zu erkunden und neue Kulturen und Sprachen kennenzulernen.

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