La metagenomica è la disciplina scientifica che ha come obiettivo la scoperta di nuovi organismi o geni in grado di produrre combustibile, rilevare metalli e bonificare siti.
Si basa sul sequenziamento del genoma di microrganismi, la cui analisi effettuata nel proprio habitat naturale viene definita metagenoma.
La maggior parte di questi organismi sono di difficile coltivazione a causa delle loro particolari esigenze (temperature elevatissime, pressioni pari a quella dei fondali oceanici, concentrazioni saline alte, etc).
La metagenomica è la disciplina scientifica che ha come obiettivo la scoperta di nuovi organismi o geni in grado di produrre combustibile, rilevare metalli e bonificare siti.
Si basa sul sequenziamento del genoma di microrganismi, la cui analisi effettuata nel proprio habitat naturale viene definita metagenoma.
La maggior parte di questi organismi sono di difficile coltivazione a causa delle loro particolari esigenze (temperature elevatissime, pressioni pari a quella dei fondali oceanici, concentrazioni saline alte, etc).
Non potendo coltivare queste forme di vita, occorre un prelievo nei siti in cui crescono attivamente queste forme di vita.
Antonie van Leeuwenhoek è stato il primo che si è occupato di metagenomica analizzando i batteri della placca.
Il I microrganismo sequenziato è stato Haemophilus influenzae.
Esiste un enorme differenza tra quello che si riesce a coltivare e ciò che esiste in natura.
Si vide con il conto delle colonie:
• Su piastra: solo l'1% cresceva;
• Nell'Habitat: si vedeva la presenza di molte più colonie;
Questa tecnica permette risvolti interessanti anche per il rischio patologico nell'uomo perchè può essere usata per analisi e controllo alimentare.
Il vibrio cholerae:
• gram –
• possibile isolarlo ma non coltivabile in vitro
• può formare biofilm (un vero e proprio ecosistema di matrice glicoproteica che gli permette di difendersi dagli antibiotici)
• l'elemento chiave della patologia colera è una tossina (tossina colerica) costituita da più subunità (una riconosce il legame e l'altra è la parte patogena) ed è un pentamero; il frammento attivo non è uno solo A1 e A2 legati covalentemente, finchè non sono legati non succede niente.
• Il paziente muore per disidratazione perchè può arrivare ad evacuare quasi 10 litri di feci al giorno;
Non è detto che non crescendo sulla piastra vuol dire che il microrganismo sia morto perchè per esempio da esperimenti si è visto che:
1. Coltura: non cresce
2. Ricerca DNA colerico: positivo
si è usato il metodo "postgate microviability assay".
Il campione viene posto in un sottilissimo strato di di terreno agarizzato nutriente.
In questo caso non andiamo a valutare lo sviluppo di colonie ma si osserva se esiste una modificazione morfologica della cellula.
Se cambia la morfologia la cellula è vitale.
Helicobacter Pylori.
Altro microrganismo studiato.
L'unico modo per dimostrare che era patogeno era accertarlo con i postulati di Koch.
Prima degli anni 2000 non era accettata la possibilità che un batterio potesse a ph così acidi come quelli dello stomaco sopravvivere e dar vita ad una patologia.
Ci vogliono 5 giorni per farlo crescere in coltura.
Un ricercatore, Marshall, ha bevuto una coltura di Helicobacter Pylori per ricreare le condizioni della gastrite.
Il trattamento con antibiotico l'ha curato e nel 2005 ha vinto il Premio Nobel.
Per resistere all'ambiente gastrico l'helicobacter pylori produce metaboliti basici che lo rivestono infatti c'è un'ureasi che produce ammonio che tampona il ph acido presente nello stomaco.
Ha un apparato di secrezione di tipo IV.
Ha una struttura tipo pilo che viene utilizzato tipo ago per iniettare molecole infettrici nella cellula ospite (tossine o molecole apoptotiche).
Non è coltivabile.
Metagenomica classica (nell'ambiente)
Classificazione tramite DNA andando a creare alberi filogenetici.
Come si effettua uno studio di metagenomica?
• Isolare il microrganismo nell'ambiente;
• Estrazione del DNA
• Clonazione del DN A estratto in un vettore
Metagenomica (definizione): analisi della collezione di genomi che sono simili ma non identici.
E' possibile allestire una "libreria metagenomica" costituita da frammenti di DNA ottenuti da una miscela di campioni.
Metagenomica Funzionale:
Un potenziale approccio all'analisi metagenomica è l'identificazione di cloni che esprimono una funzione.
Il risultato richiede un'accurata trascrizione e traduzione del gene o dei geni interessati e la secrezione del prodotto di tale gene, se lo screening o il saggio è fatto extracellularmente.
L’analisi funzionale ha identificato:geni collegati alla resistenza antibiotica, Na(Li)/ H trasportatori e enzimi degradanti.
La caratteristica di questo tipo di approccio è che non richiede che del gene sia sconosciuta la sequenza peremttendoci così di conoscere nuovi classi di geni e le loro funzioni.
Lo svantaggio è che molti geni possono non esprimersi nei batteri ospiti selezionati per il clonaggio.
L'espressione eterologa rimane una barriera per l'estrazione di informazioni dalle analisi funzionali metagenomiche.
Le analisi metagenomiche consistono nell'isolamento del DNA da un semplice ambiente e clonare tale DNA in un vettore adatto.
I cloni possono essere scrinati:
• Per marker filogenetici o "anchors" come 16S rRNA e recA o per altri geni conservati tramite ibridazione o PCR multiplex
• Per espressione di specifiche sequenze che producono antibiotici o enzimi
• Semplicemente tramite sequenziamento random
