O que é a metagenômica?

Genômica, transcriptômica, proteômica, metabolômica… Nos últimos anos, com o desenvolvimento de novas tecnologias e técnicas de sequenciamento e o aprimoramento da bioinformática, a biologia viu surgir vários novos campos de pesquisa dedicados à quantificação e caracterização de moléculas dos seres vivos, como proteínas e metabólitos. Um desses campos menos conhecidos porém com muito potencial é a metagenômica.

A metagenômica (ou genômica ambiental) é o sequenciamento simultâneo do genoma de múltiplos microrganismos de uma amostra ambiental ou nicho ecológico, como amostras de solo ou flora intestinal, sem a necessidade de realizar culturas individuais. Com isso, se torna possível a construção de bibliotecas genéticas muito mais completas englobando toda a diversidade genética da amostra em questão.

Antes das abordagens metagenômicas, os cientistas se viam limitados a estudar o genoma apenas dos microrganismos cultiváveis, ou seja, aqueles capazes de crescer em um meio artificial de cultura gerado no ambiente laboratorial. Dessa forma, toda a infinidade de organismos que não sobrevivem fora de suas condições naturais não podia ser estudada.

Segundo Eloi Garcia, pesquisador do Laboratório de Bioquímica, Fisiologia e Imunologia de Insetos do Instituto Oswaldo Cruz (IOC) da Fiocruz, a metagenômica influenciará toda a prática da ciência. “Nós conhecemos muito pouco sobre as bactérias e a lente de aumento da metagenômica permitirá um estudo aprofundado desses microorganismos. Com base nessa tecnologia, projetos de pesquisa prometem, por exemplo, identificar a biodiversidade de microorganismos presentes na folha de uma árvore, no ar de Nova York, nas águas de determinado rio ou em insetos vetores de doenças com importante impacto epidemiológico”, comentou o cientista em entrevista à Agência Fiocruz de Notícias.

Como funciona a metagenômica?

O primeiro passo para a obtenção de uma biblioteca metagenômica é a obtenção do DNA da amostra. É possível separar as células da amostra para, em seguida, rompê-las e purificar o DNA, mas também pode se realizar a lise celular diretamente na amostra. Isso resulta no DNA metagenômico da amostra, que nada mais é do que todo o genoma das células de interesse da amostra misturado.

O segundo passo é a fragmentação do DNA seguido da clonagem dos fragmentos com vetores de clonagem. Esses clones são inseridos em células hospedeiras através de plasmídeos e estas células em si compõem a biblioteca metagenômica.

Legenda: Construção de uma biblioteca metagenômica
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Para a análise das bibliotecas metagenômicas, existem diversas abordagens. As duas principais técnicas para identificar genes de interesse são a análise baseada na função, onde identificam-se os genes de interesse através de biomoléculas expressadas pelos clones, e a análise baseada na sequência, onde oligonucleotídeos iniciadores de reações de PCR ou sondas de hibridização são utilizados para localizar sequências específicas. Também é possível sequenciar as extremidades dos fragmentos de DNA ou até todo o DNA para então compará-lo com sequências de bancos de dados internacionais através da bioinformática

Legenda: Abordagens para análise de bibliotecas metagenômicas.
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utilidades da metagenômica

A diversidade genética presente na natureza é de grande utilidade prática para o ser humano. Muitas biomoléculas são essenciais para os processos industriais e o conhecimento da biodiversidade de toda uma amostra fornece muito mais possibilidades de identificação de sequências de DNA que expressem metabólitos de interesse. Essa abordagem permite a investigação e descoberta de novas moléculas que tornem os processos muito mais eficientes.

Um exemplo notável é o das enzimas celulases. Esta família de enzimas é de grande interesse econômico pois realiza a bioconversão de materiais celulósicos em subprodutos de interesse, como combustíveis. Com isso, muitos pesquisadores têm utilizado abordagens metagenômicas de sequenciamento para analisar a diversidade genética do intestino de ruminantes, uma vez que sabe-se da presença de celulases lá, e assim tentar identificar sequências genéticas que expressam celulases mais eficientes que as produzidas em laboratório.

Outra utilidade da metagenômica está na prevenção de doenças. Muitos vetores epidemiológicos, como moscas-domésticas e carrapatos, carregam uma grande diversidade de microrganismos em seu interior, e a análise dessa diversidade pode auxiliar no desenvolvimento de formas mais eficazes de combate e prevenção a zoonoses.

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