الجينوميات البيئية (الميتاجينوميكس) Metagenomics

توجد الأحياء الدقيقة microorganisms داخل، على، وحول كل كائن حي living organism، وفي معظم جميع البيئات environments على الأرض. ومع ذلك، حوالي 99٪ من الأنواع البكتيرية والأركية الموجودة داخلنا وفي البيئة سوف لن تنمو على أوساط النمو التقليدية traditional growth media؛ أشرنا إلى هذه الكائنات كقادرة على الحياة، ولكن غير قابلة للزراعة viable, but not culturable (VBNC). هذا يعني أن معظم الكائنات الحية الموجودة في التربة soil، في المحيطات oceans، وحتى في الجسم البشري human body لم  يسبق مشاهدتها أو تسميتها — وبالتأكيد لم تدرس.

هناك حاليا عملية وراثية genetic process لتحليل هذه الأغلبية الغير قابلة للزراعة. تسمى العملية الجينوميات البيئية (الميتاجينوميكس) metagenomics (meta = "تغيير change")، وتشير إلى تغيير:

1) في طريقة دراسة الجينات genes والجينومات genomes داخل خليط من الكائنات الحية organisms داخل مجتمع community (الميتاجينوم metagenome).

2) في فهمنا للعالم الميكروبي microbial world.

الجينوميات البيئية Metagenomics لديه القدرة على تحفيز تطوير تقدمات في مجالات متنوعة مثل الطب medicine والزراعة agriculture وإنتاج الطاقة energy production. هنا كيفية تنفيذ عملية الجينوميات البيئية metagenomics.

يتم جمع عينات من المجتمع المطلوب من الأحياء الدقيقة. يمكن أن تكون هذه العينات من التربة، المياه، أو حتى الجهاز الهضمي البشري human digestive tract. ثم يتم إستخلاص DNA من العينة، والذي ينتج قطع DNA من جميع الميكروبات في العينات. يمكن تضخيم القطع عبر تفاعل البلمرة المتسلسل PCR وتستنسخ إلى بلازميدات plasmids، والتي يتم إدخالها في بكتيريا مثل إي كولاي E. coli. الناتج مكتبة جينومية بيئية (ميتاجينومية) metagenomic library تمثل DNA المجتمع بأكمله من عينات الميكروبات.

يمكن استخدام تحليل قطع DNA أو نسائل البلازميد لعمل تحليل التسلسل sequence analysis والتحليل الوظيفي functional analysis. في " الجينوميات البيئية المستندة على التسلسل sequence-based metagenomics"، تستنسخ قطع عشوائية إلى مستوى ينتج كميات كبيرة من DNA والتي يمكن ربطها مرة أخرى إلى الأصل المحتمل من DNA. يمكن مقارنة الجينات Genes والمسارات الأيضية metabolic pathways من كائنات حية مختلفة في المجتمع ومع مجتمعات أخرى. مع " الجينوميات البيئية المستند على الوظيفة functional-based metagenomics"، يتم البحث في منتجات الجينات من البلازميدات المستنسخة في الخلايا البكتيرية عن إنزيمات enzymes, فيتامينات vitamins, مضادات حيوية antibiotics جديدة، أو مواد كيميائية محتملة أخرى للاستخدام العلاجي أو الصناعي therapeutic or industrial use.

كما أظهرت استكشافات كريغ فنتر Craig Venter وآخرين، فتحت الجينوميات البيئية metagenomics بالفعل أعيننا على تنوع الميكروبات في بيئات المحيطات ocean environments. تجعل العملية أيضا من الممكن تسخير قوة المجتمعات الميكروبية microbial communities للمساعدة في حل بعض التحديات الطبية medical, البيئية environmental, الزراعية agricultural, والاقتصادية economic الأكثر تعقيدا في عالم اليوم.

الطب Medicine

يمكن أن يؤدي فهم كيفية تأثير المجتمعات الميكروبية التي تعيش في أجسامنا على صحة الإنسان إلى استراتيجيات جديدة لتشخيص, علاج, والوقاية من الأمراض diseases.

علم البيئة والبيئة Ecology and the Environment

استكشاف كيفية تأثير المجتمعات الميكروبية في التربة والمحيطات على الغلاف الجوي atmosphere والظروف البيئية environmental conditions يمكن أن يساعدنا على فهم، تنبؤ، ومواجهة التغير المناخي climate change.

الطاقة Energy

قد يؤدي تسخير قوة المجتمعات الميكروبية إلى مصادر طاقة حيوية bioenergy مستدامة وصديقة للبيئة ecofriendly ، كما يتجسد باستكشافات كريغ فنتر وآخرون.

المعالجة الحيوية Bioremediation

يمكن أن يساعد جمع ترسانة arsenal الأدوات البيئية المستندة على الأحياء الدقيقة microorganism-based environmental tools في رصد الأضرار البيئية environmental damage وتنظيف التسربات النفطية oil spills, المياه الجوفية groundwater, الصرف الصحي sewage، النفايات النووية nuclear waste، وغيرها من المخاطر.

التقنية الحيوية Biotechnology

قد يؤدي الاستفادة من وظائف المجتمعات الميكروبية إلى تطوير منتجات غذائية وصحية أحدث وأكثر أمانا.

الزراعة Agriculture

يمكن أن يمكّن فهم أدوار الأحياء الدقيقة المفيدة التي تعيش في، على، وحول النباتات والحيوانات المستأنسة في الكشف عن الأمراض في المحاصيل crops والماشية livestock، والمساعدة في تطوير الممارسات الزراعية المحسنة.

الدفاع الحيوي Biodefense

سيساعد إضافة أدوات الجينوميات البيئية metagenomics إلى الأدلة الجنائية الميكروبية microbial forensics على رصد مسببات الأمراض، خلق لقاحات vaccines وعلاجات أكثر فعالية ضد عوامل الإرهاب الحيوي bioterror agents، وإعادة بناء الهجمات التي تتضمن الأحياء الدقيقة.