"Enter"a basıp içeriğe geçin

Tanım, Süreç ve Uygulamalar « YerelHaberler

En son genetik teknolojiyi kullanarak çevresel örneklerden elde edilen birçok genomun incelenmesi genomik olarak bilinir. Metagenomik terimi, genetikte geleneksel olarak kullanılmadığı için yakın zamanda geliştirilen daha yeni bir terimdir. Basitçe söylemek gerekirse, genetik mikropların incelenmesidir. Mikropları doğrudan doğal ortamlarından inceler ve farklı mikropları tek bir deneyde sınıflandırabilen bir uygulama sunarken aynı zamanda genlerin rolünü de araştırır. Tüm bunları yapabilmek için öncelikle mikropların insanlık için önemini anlamak bu noktaya değinmek gerekiyor.
Mikroplar, insan yaşamıyla yakından ilişkili, zararlı veya faydalı etkileri olan tek hücreli organizmalardır. Örneğin, bağırsaklarımızdaki mikroplar yiyeceklerin sindirilmesine yardımcı olurken, diğer bazı mikroplar da yiyecekleri fermente ederek bizim için yenilebilir hale getirir. Bazı solunum mikropları da insanları hasta eder. Mikroskobun keşfinden bu yana mikroplar üzerinde çalışılmaktadır ve hücre kültürü teknikleri onların laboratuvarda büyütülmesine ve incelenmesine olanak tanır.
Bununla birlikte, geleneksel mikrobiyoloji teknikleri aynı anda birçok mikrobu kültürlemek için yeterince güçlü değildir, bu nedenle bilim adamları bir seferde yalnızca bir mikrop üzerinde çalışabilirler. Ayrıca, bu teknik zaman alıcıydı ve kontaminasyona yatkındı. Bir bakteri veya mikrop kültürünün incelenmesi 3 gün kadar sürebilir. Bu nedenle tek bir habitattaki mikrobiyal topluluğun tamamının geleneksel mikrobiyoloji yöntemleri kullanılarak çalışılamayacağı söylenebilir.
Peki, mikropları hızlı ve toplu olarak tanımlamak için herhangi bir teknik var mı? Mikrobiyal yükü daha doğru bir şekilde kontrol edebilir mi? Metagenomik analiz bu sorunu çözüyor mu? Bu yazıda metagenomik, tanımı, bilimin birçok alanındaki önemi ve nasıl yapıldığı hakkında bilgiler bulunmaktadır. Ayrıca metagenomik analizin avantajlarını, sınırlamalarını ve uygulamalarını da kapsar.

Metagenomik nedir?

Tüm mikrobiyal yük veya mikrobiyal topluluk ve bunun konakçı/çevre etkileşimleri veya insan, bitki veya hayvan sağlığı üzerindeki etkileri metagenomik kullanılarak incelenebilir. Bu nedenle, metagenomik bir araştırma tekniğidir ve aynı zamanda birçok mikrobun doğal yaşam alanlarını etkilemeden insan sağlığı üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanılan bir teşhis yöntemi olan yönlerinden biridir.
Metagenomik kelimesi iki harfin birleşiminden oluşur. Meta, büyük veya büyük anlamına gelir ve genomla ilgili genomik anlamına gelir. Burada “mikrobik genom çalışması” anlamına gelir. Terim ilk olarak Jo Handelsman & Jon Clardy ve meslektaşları tarafından icat edildi. Tanım olarak iş, mikrobiyal tanımlama, karakterizasyon ve metagenomik olarak bilinen çevresel numunelerin çalışmalarını içerir.
Basit bir örnekle açıklamak gerekirse; Örneğin, bir bölgedeki bazı yaygın köpek enfeksiyonlarını incelemek istediğinizi varsayalım. Bu enfeksiyona o bölgede bulunan gölet suyundan kaynaklanıp kaynaklanmadığı, köpekler su içmek için sık sık gölete gidiyor ve hastalanıyordu. Havuzdan su örneği alınarak metagenomik analiz yapılır. Havuz suyunda bulunan mikrobiyal topluluk tipine ilişkin bir veri tabanı oluşturulur ve değerlendirilir.
Bu suyun bir köpeğin sağlığı ile ilişkisini incelemek istendiğinde, bölgedeki köpeklerden dışkı veya bağırsak örnekleri alınır ve aynı şekilde muamele edilir. Köpeklerdeki enfeksiyonun havuz suyundaki mikroplardan kaynaklanıp kaynaklanmadığına bakılmaksızın, bir bağlantı elde etmek için her iki mikrobiyom veri tabanının karşılaştırmalı bir analizi yapılır. Başka bir durumda, göletin yakınındaki bazı bitkiler iyi büyür ve göletten uzaktaki bitkilerden daha fazla meyve verirse. Havuzdaki bilinmeyen mikropların bitki büyümesine yardımcı olup olmadığını görmek için metagenomik çalışmalar da yapılabilir. Her iki örnekte de teknik, mikroorganizmalarla ilişkili herhangi bir analiz için kullanılır.
Benzer bir analiz, insanlarda nasıl bakteriyel bir enfeksiyon kaptığı hakkında bilgi almak için yapılabilir. Toprak, su, deniz suyu ve diğer çevresel örnekler toplanır ve insan hastalığı veya enfeksiyonundaki rollerini incelemek için incelenir. Böylece, mikropların belirli bir ortamda ne yaptığını bulmak için mevcut teknoloji uygulanır. Başlangıç ​​numunesi sadece çevresel numune değil, aynı zamanda bağırsak mikrobiyotası, bağırsak mikrobiyotası, diş boşluğu mikrobiyotası ve idrar ve dışkı numunelerindeki mikroplardır.
Metagenomik Adımları ve Süreci
Metagenomik uygulanarak izlenmesi gereken adımlar ve süreçler vardır. Bu adımlar aşağıdaki gibidir:
Örnek koleksiyon
• DNA ekstraksiyonu
• Örnek hazırlama
Numune analizi
• PCR
• DNA dizilimi
• DNA mikrodizileri
• Biyoinformatik çalışmaları
• Sonuçlar ve yorumlama
Örnek Toplama: Örnek toplama, metagenomik çalışmalarda kritik bir adımdır. Bir çevresel örnek (eDNA olarak bilinir) toplanır. Toprak örneği, su örneği, idrar örneği, dışkı örneği ve bağırsak örneği alınır. Genellikle özel bir numune toplama sistemi gerekmez.
DNA ekstraksiyonu: DNA elde etmek için DNA ekstraksiyonu yapıldıktan hemen sonra yapılır. Burada listelenen DNA ekstraksiyon yöntemlerinden herhangi birini kullanabilir. Metagenom analizi için kullanıma hazır bir DNA ekstraksiyon kiti şiddetle tavsiye edilir. DNA’nın saflığını ve miktarını kontrol edin ve 4°C’de saklanmalıdır.
Örnek Hazırlama: Hazırlanacak örneğin analizi için, DNA örneğinin bir DNA saflaştırma yöntemi veya kiti kullanılarak saflaştırılması gerekir (spoiler – metagenomik analiz için DNA örneğinin saflaştırılması için alkol saflaştırması kullanılmamalıdır). Bu numuneyi DNA dizilemesi için işlemek üzere bir DNA kütüphanesi hazırlamak gerekir. DNA önce parçalanmalı (önerilirse) ve adaptörlere bağlanmalıdır. Örnek miktarı yeterli değilse, fragmanları PCR ile çoğaltın ve ardından bir DNA kütüphanesi hazırlanmalıdır. DNA dizileme için artık çeşitli metagenomik DNA amplifikasyon kitleri mevcuttur.
Örnek Analizi: Bir DNA örneğini işlemek için iki yaygın yöntem vardır: DNA amplifikasyonu veya DNA dizilimi. Mikroarray, metagenomikte kullanım için önerilmez. PCR-polimeraz zincir reaksiyonu, sadece mikropların 16s rRNA veya 18s rRNA genlerini incelemek ve belirli hastalık veya enfeksiyonlarla ilişkili olduğu bilinen bazı genleri analiz etmek için yapılır. Genel olarak PCR, 16s rRNA ve 18s rRNA genlerini amplifiye etmek için kullanılır, böylece yeni fonksiyonlar aranmaz. PCR’de diziye özgü primerler, farklı mikroplar için tasarlanır ve çoğaltılır. PCR sonuçları, geleneksel gen elektroforezinde analiz edilir. Ancak viral yükü ölçmek için gerçek zamanlı ölçüm de yapılmaktadır.
DNA Dizileme: DNA dizileme, metagenomik çalışmak için en iyi yöntemdir. Burada, çevresel numuneden çıkardığımız DNA numunesi, numunede bulunan her nükleotidi tanımlayan bir makinede yakalanır, bu da tüm DNA sekansının, genlerin veya genomun bir kısmının (numunede ne varsa) sekanslanabileceği anlamına gelir. . Hesaplamalı programlar aracılığıyla, çeşitli mikroplarla ilgili farklı genler tahmin edilir ve nasıl enfekte olduklarına dair bilgi elde etmek için incelenir.Shotgun dizileme ve yüksek verimli DNA dizileme, metagenomik çalışmalarda kullanılan iki yaygın yöntemdir. Shotgun DNA dizileme, tüm örneğin genomunun veya genlerinin paralel dizilemesini kolaylaştırır.

Metagenomik analiz neden yapılır?

Metagenomik analizin neden yapıldığı düşünüldüğünde öncelikle mikropların teşhisi olduğu söylenebilir. Bizi metagenomik yapmaya zorlayan iki yaygın neden vardır; İlk olarak, bizi geleneksel mikrobiyoloji tekniklerinin sınırlamalarından kurtarır. Örneğin bir toprak numunesi varsa ve içinde bulunan mikroplar incelenmek isteniyorsa birkaç ay içinde birkaç yüz mikroorganizma tespit edilebilir ve bu da ancak numunenin kontamine olmaması ile mümkündür. Ancak metagenomik analiz ile binlerce mikrop hızlı ve kontaminasyon olmadan taranabilir.
İkincisi, çoğu mikrobiyal aktivite, tüm mikrobiyal topluluğun karmaşık davranışı tarafından yönetilir. Bu nedenle, bazı etkileri veya faaliyetleri doğru bir şekilde araştırmak için hepsini incelemek gerekir. Metagenomics’in 16s rRNA’nın genetik bir analizi olmadığı da belirtilmelidir. Mikropları karakterize etmek için 16s rRNA geninin analizi yapılır. Fonksiyonel bir genomik analiz sağlayamaz. Öte yandan, mikropların fonksiyonel genomik fraksiyonunu incelemek için metagenomik yapılır. Burada, farklı mikropların genlerinin belirli hastalıklarda nasıl davrandığını ve rol oynadığını keşfediyoruz.

Metagenomik teknolojisinin avantajları

Mevcut tekniğin ana avantajlarından biri, birçok mikroorganizmayı tek bir deneyde inceleyebilmesidir ki bu, geleneksel mikrobiyoloji yöntemleri kullanılarak mümkün değildir. Dizilemeye dayalı metagenomik teknolojisi de çok doğru ve hızlıdır. Viral yük de ölçülebilir.

Metagenomik tekniğin dezavantajları

Teknolojiler çok pahalı. Yeni nesil dizileme teknolojilerinin maliyeti yaklaşık 500 ila 5.000 ABD Doları arasındadır. Birçok mikrop için yararlı olup olmayacağı hala bilinmiyor, bu nedenle yeni mikropların dizilimlerini karşılaştırmak ve incelemek için yeterli bilgi yok.

Metagenom uygulamaları

Metagenomik çalışmalar henüz başlangıç ​​aşamasında olmakla birlikte, farklı problemlerin çözümü için farklı alanlara da girme potansiyeline sahiptir. Ekoloji, çevre koruma, bulaşıcı hastalık teşhisi, çevre tedavisi, biyoteknoloji ve tarımda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Biyoteknoloji Çalışmaları: Son zamanlarda bilim adamları giderek artan bir şekilde mikrobiyal çalışmalara, yani metagenomik analize odaklanmaktadır. Proteazlar, lipazlar ve enzimler gibi nitrilazlar metagenomik çalışmaların ürünleridir. Enzimler, antibiyotikler, biyokimyasallar, biyoaktif bileşikler ve ilaçlar sadece mikroplar incelenerek yapılır.
Ekolojik Çalışmalar: Metagenomik gibi mikrobiyal çalışmalar ekoloji, koruma ve istilacı tür çalışmalarında büyük ilgi görmektedir. Deniz, nehirler, toprak, hava ve yağmur ormanları birçok farklı hayvan ve mikrop için yaşam alanıdır. Hayvanlar, mikroplar ve bitkiler arasındaki karmaşık simbiyotik ilişki, habitat sağlığını anlamamıza yardımcı olur. Örneğin, bir hayvanın dışkısı, diğer çeşitli türler için besin açısından yoğun bir besin kaynağı olabilir. Bunun mikropların aktivitesinden dolayı mümkün olabileceğine dikkat edilmelidir! Metagenomik analiz, bir ekosistem için ne kadar önemli olduklarına dair fikir verir. Koruma ve nesli tükenmekte olan türler çalışmalarında da kullanılır.
Sağlık ve Tıp: Karmaşık enfeksiyonlar, metagenomik analiz yoluyla hemen incelenebilir. Hastadan bir numune alınır ve içinde hangi mikroorganizmaların bulunabileceğini görmek için DNA dizilimi için işlenir. Farklı RNA virüslerinin insan sağlığındaki rolü, RNA’nın izole edilmesi ve cDNA’ya dönüştürülmesi ile de değerlendirilebilir. Kirleticilerin ekosistem ve çevre üzerindeki etkisi, metagenomik analiz yoluyla ve mikrobiyal yükün nasıl davrandığı bilinerek izlenebilir ve araştırılabilir.
Tarım ve Toprak Ekolojisi: Metagenomik, toprak ve tarım çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Toprak, birçok mikroorganizma ve bitki için ortak bir yuvadır. Bir toprak örneğindeki tüm mikropları gram olarak sıralarsak, 1 GB çıktı sıralama bilgisi verir ki bu çok büyük bir değerdir. Bitkiler ve mikroorganizmalar arasındaki karmaşık ilişkiler bu çalışmaların ana odak noktasıdır. Bitki büyümesi için yararlı olan mikrobiyomlar, üretim açısından büyük ekonomik değere sahiptir.
Sonuç olarak metagenom teknolojisini farklı alanlarda kullanabileceğimizi söyleyebiliriz. Bilim adamları bile metagenomik yöntemi kullanarak biyoyakıt üretimini deniyorlar. Bir metagenomik numuneyi analiz etme süreci tanıdık gelebilir, ancak bu sadece 16s rRNA gen analiz dizisi değildir. Bir numuneden DNA dizisi hakkında birçok bilgi elde etmek için çeşitli hesaplama araçları kullanılır. Mevcut teknoloji kullanılarak binlerce farklı mikrobiyal suş tanımlanabilir, incelenebilir ve analiz edilebilir. Şunu bilmeliyiz ki; Mikropların dünyası sandığınızdan daha karmaşık!

kaynak:
https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/metagenomics
http://hulab.ucf.edu/research/projects/metagenomics/introduction.html
https://geneticeducation.co.in/what-is-metagenomics-definition

yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Diğer gönderilerimize göz at

[wpcin-random-posts]

İlk Yorumu Siz Yapın

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir