Metagenomics là gì?
Metagenomics là nghiên cứu vật chất di truyền thu được trực tiếp từ các mẫu môi trường. Thay vì nuôi cấy các vi sinh vật riêng lẻ, metagenomics cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu toàn bộ cộng đồng vi sinh vật trong môi trường sống tự nhiên của chúng. Phương pháp này cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự đa dạng, chức năng và tương tác của vi sinh vật mà không bị giới hạn bởi khả năng nuôi cấy truyền thống.
Phương pháp Metagenomics
Nghiên cứu Metagenomics dựa trên các bước chính sau:
- Tách chiết DNA: DNA được tách chiết trực tiếp từ mẫu môi trường, chẳng hạn như đất. Quá trình này đảm bảo thu được DNA từ tất cả các vi sinh vật hiện diện trong mẫu.
- Xây dựng thư viện metagenomic: DNA metagenomic được phân đoạn và gắn vào các vector, sau đó được chuyển vào tế bào chủ để tạo ra thư viện metagenomic.
- Sàng lọc gen mục tiêu: Thư viện metagenomic có thể được sàng lọc trực tiếp để tìm các gen quan tâm, chẳng hạn như gen kháng kháng sinh (ARGs), bằng cách sử dụng PCR hoặc các kỹ thuật lai.
- Giải trình tự DNA: DNA metagenomic được giải trình tự bằng cách sử dụng các kỹ thuật giải trình tự thông lượng cao, chẳng hạn như Illumina hoặc Nanopore.
- Chú thích và phân tích trình tự: Trình tự DNA được chú thích và phân tích bằng các công cụ tin sinh học để xác định thành phần phân loại, chức năng và cấu trúc của cộng đồng vi sinh vật.
Phân tích dữ liệu Metagenomics
Dữ liệu metagenomic có thể được phân tích theo nhiều cách khác nhau, bao gồm:
- Phân tích dựa trên gen đánh dấu: Kỹ thuật này sử dụng các đoạn gen cụ thể, chẳng hạn như gen rRNA 16S cho vi khuẩn và vi khuẩn cổ, để xác định thành phần phân loại của cộng đồng vi sinh vật.
- Phân tích toàn bộ metagenome: Phương pháp này giải trình tự toàn bộ DNA trong mẫu, cung cấp thông tin chi tiết hơn về thành phần phân loại, chức năng và sự đa dạng di truyền của cộng đồng vi sinh vật.
- Phân tích metatranscriptome: Kỹ thuật này phân tích RNA được phiên mã từ cộng đồng vi sinh vật, cung cấp cái nhìn sâu sắc về các gen đang được biểu hiện tích cực và chức năng của chúng.
Các Chủ Đề Nghiên Cứu Về Metagenomics Trong Đất
Một số chủ đề nghiên cứu về metagenomics trong đất bao gồm:
- Phân tích đa dạng và chức năng của cộng đồng vi sinh vật trong đất: Metagenomics cho phép các nhà nghiên cứu xác định thành phần loài và chức năng của cộng đồng vi sinh vật trong đất mà không cần phải nuôi cấy. Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc so sánh sự đa dạng vi sinh vật giữa các loại đất khác nhau (ví dụ: đất sa mạc, đất rừng, đất đồng cỏ) hoặc phân tích tác động của các yếu tố môi trường (ví dụ: độ ẩm của đất, nồng độ nitrat) đối với cấu trúc và chức năng của cộng đồng vi sinh vật.
- Khám phá các gen mới và các enzyme có tiềm năng ứng dụng công nghiệp: Metagenomics được sử dụng để khai thác các gen mới mã hóa các enzyme có giá trị trong các ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như nông nghiệp, thực phẩm và dược phẩm. Ví dụ, các nghiên cứu đã xác định các gen mã hóa các enzyme thủy phân, chẳng hạn như alpha-galactosidase, từ metagenome của đất lúa.
- Nghiên cứu về chu trình dinh dưỡng trong đất: Các nguồn đề cập đến việc sử dụng metagenomics để nghiên cứu chu trình nitơ và phốt pho trong đất. Ví dụ, nghiên cứu có thể tập trung vào việc xác định các gen liên quan đến quá trình khử nitơ và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đối với sự phong phú của chúng. Ngoài ra, metagenomics cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu các vi sinh vật có khả năng sử dụng axit phytic, một nguồn phốt pho quan trọng trong đất.
- Đánh giá tác động của các hoạt động quản lý đất đối với cộng đồng vi sinh vật: Metagenomics có thể được sử dụng để đánh giá tác động của các hoạt động canh tác đất, chẳng hạn như canh tác không cày xới và canh tác thông thường, đối với cấu trúc và chức năng của cộng đồng vi sinh vật trong đất.
- Nghiên cứu khả năng kháng kháng sinh trong đất: Metagenomics cung cấp công cụ để khám phá sự đa dạng và phổ biến của các gen kháng kháng sinh (ARGs) trong đất. Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc xác định các ARGs mới, theo dõi sự lây lan của chúng trong môi trường và đánh giá tác động tiềm ẩn của chúng đối với sức khỏe con người.
- Khám phá sự đa dạng của virus trong đất: Metagenomics cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu sự đa dạng và chức năng của virus trong đất, bao gồm cả vi khuẩn, vi khuẩn cổ và nấm. Việc sử dụng metagenomics nhắm mục tiêu virus (viromics) có thể giúp phục hồi nhiều bộ gen virus hơn so với metagenomics tổng số.
- Kết hợp metagenomics với các phương pháp “omics” khác: Metagenomics có thể được kết hợp với các phương pháp “omics” khác, chẳng hạn như metatranscriptomics, metaproteomics và metabolomics, để hiểu rõ hơn về chức năng của cộng đồng vi sinh vật trong đất. Ví dụ, metatranscriptomics có thể được sử dụng để xác định các gen đang được phiên mã tích cực trong một cộng đồng vi sinh vật, trong khi metaproteomics có thể được sử dụng để xác định các protein đang được biểu hiện.
Ngoài các chủ đề được liệt kê ở trên, metagenomics trong đất còn có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác, chẳng hạn như:
- Phát triển các loại phân bón sinh học mới.
- Cải thiện khả năng phục hồi của đất sau khi bị ô nhiễm.
- Tìm kiếm các hợp chất tự nhiên mới có hoạt tính sinh học.
Metagenomics là một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển nhanh chóng với tiềm năng to lớn để nâng cao hiểu biết của chúng ta về hệ sinh thái đất và ứng dụng của nó trong việc giải quyết các vấn đề toàn cầu.
Tại LOBI, chúng tôi cung cấp dịch vụ tư vấn, thiết kế, đọc trình tự NGS và phân tích Tin sinh học cho các đề tài, dự án nghiên cứu và ứng dụng Metagenomics.
LOBI Vietnam là công ty tiên phong trong lĩnh vực Đọc trình tự gen thế hệ mới NGS (Next Generation Sequencing) và Phân tích Tin sinh học. Liên hệ hotline/Zalo 092.510.8899 để biết thêm chi tiết.
