מטא-גנומיקה
היסטוריה

ריצוף קונבנציונלי מתחיל עם יצירה של תרבית המכילה תאים זהים כמקור של דנ"א. למרות זאת מחקרים מוקדמים בתחום המטא-גנומיקה חשפו כי ישנם כנראה קבוצות גדולות של מיקרואורגניזמים בסביבות רבות שלא ניתן לגדל במצע של תרבית תאים ולכן לא ניתן לרצפם. מחקרים אלה התמקדו בעיקר ברצפי הגנים 16S rRNA, רצפים יחסית קצרים, בדרך כלל שמורים בתוך המין ושונים בין המינים. מרבית רצפי ה-16S rRNA שנמצאו לא השתייכו לאף אחד ממיני האורגניזמים הידועים, מה שרמז כי ישנם לא מעט אורגניזמים שעדיין לא התגלו ובודדו. מחקרים אלו, שהתבצעו על גני ה-rRNA שנלקחו ישירות מהסביבה הטבעית הראו כי שיטת גידול התאים בתרבית חושפת פחות מ-1% של מיני הבקטריות והארכאה בדגימה. חלק גדול מהעניין הרב בתחום המטא-גנומיקה הגיע מתגליות אלה שהראו כי עד עתה הרוב המכריע של המיקרואורגניזמים נעלם מענייהם של מרבית החוקרים.
עבודות מולקולריות מוקדמות בתחום נערכו על ידי נורמן פייס ועמיתיו, שנעזרו במכשיר ה-PCR לחקור את מגוון רצפי ה-rRNA. התובנות שהתקבלו ממחקרים פורצי דרך אלה הובילו את פייס להציע את הרעיון של שיבוט דנ"א ישירות מדגימות סביבתיות כבר ב-1985. ב-1991 פורסם על ידי פייס ועמיתיו הדיווח הראשוני על בידוד דנ"א בתפזורת מדגימה סביבתית. מאמצים רבים הבטיחו כי אלה לא היו תוצאות חיוביות שגויות של מכשיר ה-PCR ותמכו בקיומה של קהילה מורכבת של מינים שלא נחקרו קודם לכן. אף על פי ששיטת החוקרים הייתה מוגבלת לחקור גנים שמורים ביותר, שאינם מקודדים לחלבון, היא תמכה בתצפיות מוקדמות שטענו כי המגוון המיקרוביאלי היה מורכב הרבה יותר מכפי שהיה ידוע משיטות הגידול בתרביות. לאחר שעזב את מעבדתו של פייס, Edward DeLong המשיך לעבוד בתחום זה ופרסם את עבודתו שהניחה בעיקר את הקרקע עבור פילוגנטיקה סביבתית בהתבסס על חתימת הרצף 16S.
בשנת 2002 Mya Breitbart, Forest Rohwer, ועמיתיהם השתמשו בשיטת ה"ריצוף שוטגאן" כדי להראות כי 200 ליטר של מי ים מכילים מעל 5,000 ווירוסים שונים. מחקרים שנערכו לאחר מכן הראו כי ישנם יותר מאלף מינים ויראליים בצואה האנושית וכמיליון וירוסים שונים בקילוגרם של משקעים ימיים, כולל בקטריופאג'ים רבים. ביסודו של דבר, כל הווירוסים במחקרים אלה היו מינים חדשים. בשנת 2004 Gene Tyson, Jill Banfield, ועמיתיהם באוניברסיטת ברקלי שבקליפורניה, וה- Joint Genome Institute ריצפו דנ"א שהופק ממערכת הניקוז של מכרה חומצי. מאמץ זה הביא לחשיפה של גנומים שלמים, או כמעט שלמים, של לא מעט בקטריות וארכאה שניסיונות הגידול שלהם בתרבית בעבר לא צלחו.
בתחילת שנת 2003, Craig Venter הוביל את המשלחת העולמית לדגימת האוקיינוס (Global Ocean Sampling Expedition), שהפליגה והקיפה את כדור הארץ ואספה דוגמיות מטא-גנומיות לאורך כל המסע. כלל הדוגמיות הללו רוצפו באמצעות שיטת ה"ריצוף שוטגאן", בתקווה כי גנומים חדשים (ולכן אורגניזמים חדשים) יזוהו. פרויקט הדגל, שנערך בים סרגסו, מצא דנ"א מכמעט 2,000 מינים שונים, כולל 148 סוגים של חיידקים שלא נראו מעולם. Venter הפליג מסביב לכדור הארץ, בחן ביסודיות את החוף המערבי של ארצות הברית, וסיים משלחת של שנתיים שחקרה את הים הבלטי, הים התיכון והים השחור. ניתוח הנתונים המטא-גנומיים שנאספו במהלך המסע חשף שתי קבוצות של אורגניזמים, האחת מורכבת ממסת אורגניזמים המותאמים לתנאים סביבתיים של "שפע או רעב", והשנייה מורכבת ממסת אורגניזמים קטנה יותר, אך נפוצה יותר ובעלת יכולת תפוצה רחבה יותר, המורכבת בעיקר מפלנקטון.
בשנת 2005 Stephan C. Schuster ועמיתיו מאוניברסיטת פן פרסמו את הרצפים הראשונים של מדגם סביבתי שנוצרו על ידי ריצוף בעזרת רצף תפוקה גבוהה. עבודה נוספת בתחום זה הופיעה בשנת 2006, ונכתבה על ידי Robert Edwards, Forest Rohwer, ועמיתיהם מאוניברסיטת סן דייגו.