Mitä on metagenomiikka?

Yolanda Smith, B.Pharm.Reviewed by Afsaneh Khetrapal, BSc

Metagenomiikka on mikrobien tutkimusta niiden luonnollisessa elinympäristössä, joka käsittää monimutkaiset mikrobiyhteisöt, joissa ne tavallisesti elävät. Tutkimuksessa tarkastellaan koko organismin genomikoostumusta, mukaan lukien jokainen siinä esiintyvä mikrobi. Tärkeä käsite on, että mikrobeja ja isäntää pidetään toisistaan riippuvaisina ja niitä tarkkaillaan yhteisönä sen sijaan, että niitä pidettäisiin erillisinä kokonaisuuksina.

Mikrobit maapallolla

Mikrobit ovat välttämättömiä kaikelle elämälle maapallolla, koska ne osallistuvat biosfäärissä tapahtuviin prosesseihin, joiden avulla ne muuntavat elämän keskeisiä alkuaineita (esim. hiiltä, typpeä, happea, happea, rikkiä) biologisesti käyttökelpoisiin muotoihin. Nämä kemialliset kierrot ovat riippuvaisia mikrobeista, jotta ne voivat jatkua ja ylläpitää ympäristön vakautta.

Inhimillinen elämä on näin ollen läheisesti sidoksissa mikrobiyhteisöihin, jotka vastaavat ravinteiden, metallien ja vitamiinien saannista. Mikrobit osallistuvat suoraan käymisprosessiin, toksiinien korjaamiseen, ravinteiden uuttamiseen ja ruoansulatukseen.

Mikrobiyhteisöt ja ihmisen terveys

Kun otetaan huomioon mikrobien olennainen merkitys ihmisten ja eläinten terveydelle maapallolla, voi olla yllättävää, että ylivoimaista enemmistöä ihmisen sisällä asuvasta mikrobipopulaatiosta ei ole aiemmin havainnoitu ja tutkittu merkittävästi.

Tämä avaa uuden pelikentän metagenomiikan alan tutkimukselle. Jos pystymme syventämään ymmärrystämme ihmisen kanssa säännöllisesti vuorovaikutuksessa olevista mikrobiyhteisöistä, kuten ruoansulatuskanavan sisällä asuvista mikrobiyhteisöistä, tämä voi valottaa mikrobien ja ihmisen terveyden välistä vuorovaikutusta. Mikrobit saattavat koodata aineenvaihduntareittejä, jotka ovat välttämättömiä ihmisen selviytymiselle, vaikka niitä ei olekaan ihmisen genomissa.

Muutokset ihmisen kanssa säännöllisesti vuorovaikutuksessa olevien mikrobien määrissä saattavat olla yhteydessä joidenkin terveystilojen, kuten tulehduksellisten suolistosairauksien, sydän- ja verisuonitautien, ekseemojen tai syövän, aiheuttamiseen.

Näistä muutoksista vastuussa olevat mikrobit eivät luultavasti ole sellaisia mikrobeja, jotka aiheuttavat suoranaisesti sairauden tai infektion. Sen sijaan todennäköisempi selitys on, että mikrobit ja ihmiskeho tekevät tavallisesti yhteistyötä, jotta ruoka sulatetaan onnistuneesti, myrkyt poistetaan kehosta ja estetään infektioita valtaamasta kehoa. Jos ihmisen terveyteen niin läheisesti liittyvän mikrobin toiminnassa tapahtuu muutos, se voi näkyä siten, että sairastuneella ihmisellä ilmenee jokin terveydentila.

Metagenomiikka ja tutkimustekniikat

Metagenomiikan ala on suhteellisen uusi, koska mikrobeja on perinteisesti tutkittu laboratoriossa eikä isännän sisällä yhdistettynä kokonaisuutena. Tämän vuoksi nykyinen tietämys mikrobeista niiden luonnollisessa elinympäristössä on niukkaa.

Metagenomiikan tavoitteena on saada aikaan edistystä ympäristön ja kliinisen mikrobiologian alalla huolimatta merkittävistä esteistä, kuten viljelyn tekemisen vaikeudesta ja mikrobien genomisesta monimuotoisuudesta. Toivotaan, että lisääntynyt ymmärrys ympäristössä olevien mikrobien luonteesta voisi vaikuttaa merkittävästi muihin tieteisiin ja tutkimusaloihin, kuten lääketieteeseen, biologiaan, biotekniikkaan ja ekologiaan.

Tässä metagenomiikan alkuvaiheessa tutkimus keskittyy ensisijaisesti muihin kuin eukaryoottisiin mikrobeihin, vaikkakin tutkimuksen odotetaan ajan myötä kattavan kaikki biologian alueet.

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/

Lisälukemista

• Kaikki genomiikan sisältö
• Mitä on genomiikka?
• New Generation Sequencing: The Basics
• Genome Analysis
• How Important is Intronic Variation?

Written by

Yolanda Smith

Yolanda valmistui farmasian kandidaatiksi Etelä-Australian yliopistosta ja hänellä on kokemusta työskentelystä sekä Australiassa että Italiassa. Hän suhtautuu intohimoisesti siihen, miten lääkkeet, ruokavalio ja elämäntapa vaikuttavat terveyteemme, ja hän nauttii siitä, että auttaa ihmisiä ymmärtämään tämän. Vapaa-ajallaan hän rakastaa tutkia maailmaa ja tutustua uusiin kulttuureihin ja kieliin.

Sitaatit