Metagenomika

, **C**) se ekstrahuju direktno iz uzoraka uzetih iz okoline (npr. tla, morske vode, ljudska crijeva, ** A**) nakon filtriranja (**B**), i sekvenciranja (**E**) nakon umnožavanja kloniranjem ('*D*) u pristupu koji se zove nasumično sekvenciranje. Ove kratke sekvence se zatim mogu ponovo sastaviti koristeći metoda sastavljanja (**F**) da bi se zaključili pojedinačni genomi ili dijelovi genoma koji čine originalni uzorak životne sredine. Ove informacije se zatim mogu koristiti za proučavanje raznolikosti vrsta i funkcionalnog potencijala mikrobne zajednice životne sredine. Ovo je dovelo do prvog izvještaja o izolaciji i kloniranja masovne DNK iz uzorka okoliša, koji su objavili Pace i kolege 1991.]]

 
Oporavak DNK sekvenci dužih od nekoliko hiljada baznih parovas iz okoline uzoraka bio je veoma težak sve dok nedavni napredak u molekularno biološkim tehnikama nije omogućio konstrukciju biblioteke u bakterijski umjetni hromozom (BAC), što je omogućilo bolje vektore za molekularno kloniranje. Tehnologije za sekvenciranje dugog čitanja, uključujući PacBio RSII i PacBio Sequel od Pacific Biosciences, i Nanopore MinION, GridION, PromethION od Oxford Nanopore Technologies, je još jedan izbor za dobijanje dugih čitanja sekvenci sačmarica koja bi trebala olakšati proces sastavljanja.

## Bioinformatika
Podaci dobijeni metagenomskim eksperimentima su ogromni i inherentno bogati, sadrže fragmentirane podatke koji predstavljaju čak 10.000 vrsta.[
 
### Prefiltriranje sekvence
Prvi korak analize metagenomskih podataka zahtijeva izvršenje određenih koraka prethodnog filtriranja, uključujući uklanjanje suvišnih, nekvalitetnih sekvenci i sekvenci vjerovatnog eukariotskog porijekla (posebno u metagenomima ljudskog porijekla). Dostupni metodi za uklanjanje kontaminirajućih eukariotskih genomskih DNK sekvenci uključuju Eu-Detect i DeConseq.
 
### Sklapanje
Podaci o sekvenci DNK iz genomskih i metagenomskih projekata su u suštini isti, ali podaci o genomskoj sekvenci nude veću pokrivenost dok su metagenomski podaci obično vrlo nesuvišni. Upotreba referentnih genoma omogućava istraživačima da poboljšaju sastavljanje najzastupljenijih mikrobnih vrsta, ali ovaj pristup je ograničen malim podskupom mikrobnih tipova za koje su dostupni sekvencirani genomi. brz alat sposoban za proizvodnju konzervativnih procjena sličnosti je stavljen na raspolaganje. Prema FALCON-ovim autorima, može koristiti opuštene pragove i uređivati udaljenosti bez utjecaja na memoriju i performanse brzine.
 
### Komparativna metagenomika
Komparativne analize metagenoma mogu pružiti dodatni uvid u funkciju složenih mikrobnih zajednica i njihovu ulogu u zdravlju domaćina. and the HabiSign approach of Ghosh et al. Ova potonja studija je također pokazala da se razlike u obrascima upotrebe tetranukleotida mogu koristiti za identifikaciju gena (ili metagenomskih očitanja) koji potiču iz specifičnih staništa. Pored toga, neki metodi, kao što su TriageTools koji implementira algoritam rasporeda grafikona zasnovan na korelaciji koji ne samo da olakšava brzu vizualizaciju razlika u analiziranim mikrobnim zajednicama (u smislu njihovog taksonomskog sastava), već također pruža uvid u inherentne međumikrobne interakcije koje se u njima dešavaju. Značajno je da ovaj algoritam rasporeda takođe omogućava grupiranje metagenoma na osnovu vjerovatnih obrazaca međumikrobne interakcije, a ne jednostavno upoređivanje vrednosti obilja različitih taksonomskih grupa. Osim toga, alat implementira nekoliko interaktivnih GUI-baziranih funkcionalnosti koje omogućavaju korisnicima da izvrše standardne komparativne analize kroz mikrobiome.

## Analiza podataka
### Metabolizam zajednice
U mnogim bakterijskim zajednicama, prirodnim ili napravljenim (kao što su bioreaktor), postoji značajna podjela rada u metabolizmu (sintrofija), tokom koje su otpadni proizvodi nekih organizama metaboliti za druge. and in Antarctic dry valleys.
 
## Aplikacije
Metagenomika ima potencijal da unapredi znanje u raznim oblastima. Može se primijeniti i za rješavanje praktičnih izazova u medicini, inženjersrtvu, poljoprivredi, održivosti i ekologiji.
 
### Poljoprivreda
Tla u kojima biljke rastu naseljene su mikrobnim zajednicama, pri čemu jedan gram tla sadrži oko 109-1010 mikrobnih ćelija koje čine oko jedne gigabaze informacija o sekvenci. Omogućujući uvid u ulogu prethodno neobrađenih ili rijetkih članova zajednice u kruženju [nutrijent|nutrijenata]] i promociji rasta biljaka, metagenomski pristupi mogu doprinijeti poboljšanom otkrivanju bolesti u usjevima i stoci i prilagođavanju poboljšanih poljoprivredbih praksi koje poboljšavaju zdravlje usjeva iskorištavanjem odnosa između mikroba i biljaka.

### Ekologija
thumb|right| Metagenomika omogućava proučavanje mikrobnih zajednica poput onih prisutnih u ovom toku koje primaju kiselu drenažu iz površinske eksploatacije uglja.
Metagenomika može pružiti vrijedan uvid u funkcionalnu ekologiju ekoloških zajednica. Metagenomska analiza bakterijskih zajednica pronađenih u defekaciji australskih morskih lavova sugerira da izmet morskog lava bogat nutrijentima može biti važan izvor hranjivih tvari za obalne ekosisteme. To je zato što su bakterije koje se izbacuju istovremeno s defekacijom sposobne razgraditi hranjive tvari u fecesu u bioraspoloživi oblik koji se može unijeti u lanac ishrane.
 
Sekvenciranje DNK se također može koristiti šire za identifikaciju vrsta prisutnih u vodnom tijelu, krhotine filtrirane iz zraka, uzoraka prljavštine ili životinjskog izmeta, pa čak i detektovati dijetetske proizvode iz obroka iz krvi. Ovo može utvrditi raspon invazivnih i ugroženih vrsta, te pratiti sezonske populacije.

### Remedijacija životne sredine
Metagenomika može poboljšati strategije za praćenje uticaja zagađivača na ekosisteme i za čišćenje kontaminiranog okruženja. Povećano razumijevanje načina na koji se mikrobne zajednice nose sa zagađivačima poboljšava procjenu potencijala kontaminiranih lokacija da se oporave od zagađenja i povećava šanse za uspjeh pokušaja bioaugmentacija ili biostimulacija.
 
U Projektu ljudskog mikrobioma (HMP), mikrobne zajednice crijeva su analizirane korištenjem sekvenciranja DNK visoke propusnosti. HMP je pokazao da su, za razliku od pojedinačnih mikrobnih vrsta, mnogi metabolički procesi prisutni u svim tjelesnim staništima s različitim frekvencijama. Mikrobne zajednice od 649 metagenoma sa sedam primarnih tjelesnih mjesta na 102 osobe proučavane su u sklopu projekta Ljudski mikrobiom. Metagenomska analiza otkrila je varijacije u obilju specifičnih za nišu među 168 funkcionalnih modula i 196 metaboličkih puteva unutar mikrobioma. To uključuje razgradnju glikozaminoglikana u crijevima, kao i transport fosfata i aminokiselina vezan za fenotip domaćina (vaginski pH) u stražnjem forniksu. HMP je iznio na vidjelo korisnost metagenomike u dijagnostici i medicini zasnovanoj na dokazima. Stoga je metagenomika moćan alat za rješavanje mnogih hitnih pitanja u području personalizirane medicine.
 
Kod životinja, metagenomika se može koristiti za profiliranje njihovih crijevnih mikrobioma i omogućavanje otkrivanja bakterija otpornih na antibiotike. Ovo može imati implikacije u praćenju širenja bolesti sa divljih životinja na životinje i ljude na farmama.
 
 
### Dijagnoza zaraznih bolesti
Razlikovanje između infektivne i neinfektivne bolesti i utvrđivanje osnovne etiologije infekcija može biti izazovno. Naprimjer, više od polovine slučajeva encefalitisa ostaje nedijagnosticirano, uprkos opsežnim ispitivanjima korištenjem najsavremenijih kliničkih laboratorijskih metoda. Kliničko metagenomsko sekvenciranje obećava osjetljiv i brz metod za dijagnosticiranje infekcije, uspoređivanjem genetskog materijala pronađenog u uzorku pacijenta s bazama podataka svih poznatih mikroskopskih ljudskih patogena i hiljadama drugih bakterijskih, virusnih, gljivičnih i parazitskih organizama i baza podataka o sekvencama gena za antimikrobnu rezistenciju sa povezanim kliničkim fenotipovima.
 
### Nadzor arbovirusa
Metagenomika je bila neprocjenjivo sredstvo koje pomaže u karakterizaciji raznolikosti i ekologije patogena koje prenose hematofagni insekti (koji se hrane krvlju), kao što su komarci i krpelji. Metagenomiku danas rutinski koriste službenici javnog zdravstva i organizacije za nadzor arbovirusa.
 
## Također pogledate
*Metabolomika
*Biniranje
*Metatranskriptomika
*Proteomika
*Mikrobna ekologija
*Patogenomika

## Reference 
## Vanjski linkovi 
*Focus on Metagenomics at *Nature Reviews Microbiology* journal website
*The “Critical Assessment of Metagenome Interpretation” (CAMI) initiative to evaluate methods in metagenomics
 


Kategorija:Bioinformatika
Kategorija:Genomika
Kategorija:Mikrobiologija životne sredine
Kategorija:Mikrobiološke tehnike