wykład 7, Studia Biotechnologia, Semestr 7 - II stopnia - mikrobiologia molekularna, Metagenomika
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->WYKŁAD 7 ZASTOSOWANIE METAGENOMIKI + METAGENOMIKA ŚRODOWISKOWAMetagenomika środowiskowa polega na szukaniu różnych mikroorganizmów w różnych niszach ekologicznychoraz ich genów w celu wykorzystania ich w przemyśle bądź medycynie oraz w celu analiz filogenetycznychnieznanych dotychczas organizmów.Zastosowanie metagenomiki- medycyna (badanie mikrobiomów, jak zróżnicowany mikrobiom ma skóra lub przewód pokarmowy, badaniemikroflory różnych osobników)- biopaliwa- szukanie leków (nowych szlaków ich biosyntezy)- rolnictwo (tworzenie nawozów mikrobiologicznych, z bakterii wiążących wolny azot)- ekologia (badanie zależności między mikroorganizmami a resztą środowiska)Dodatkowo- arechologia (badanie np. mumii i występujących na nich genów mikroorganizmów z dawnych czasów życiaczłowieka np. „Starożytne bakterie” nie były odporne na antybiotyki)- badanie lodowców (stosując mikroskopie elektronową, skaningową, FISH)Jak wiadomo nie da się wyhodować większości mikroorganizmów pochodzących ze środowiskaAnaliza jakościowa i ilościowa wód morskich:Organizmy < 3um (albo mm) – stanowią 80% biomasy w wodach morskichOrganizmy > 3um (albo mm) – stanowią 18% biomasyZooplankton, czyli > 3cm – ułamek % biomasyRyby itp. < 3m – setna %Duże ryby (np. rekiny) > 3m – bardzo mała ilość % biomasyMetody, którymi można poszukiwać mikroorganizmy w danej nisz ekologicznej:- Mikroskopia (różne techniki np. FISH – z zastosowaniem sond, pozwalający na rozpoznanie różnychorganizmów)- hodowle (daje jednak mało informacji)- PCR (do analizy filogenetycznej, poznanie bioróżnorodności, zastosowanie PCR 16s rRNA)- Sekwencjonowanie genomuProgram metagenomiczny C.A.M.E.R.A-złożony z różnych instytucjiGenomeGold –rejestracja istniejących projektów metagenomicznych (?).Online Database, is a World WideWeb resource for comprehensive access to information regarding genome and metagenome sequencing ...Był jeszcze jakiś program zajmujący się sekwencjonowaniem genomów sinic w celu wykorzystania ichgenów i samych organizmów do produkcji nawozu czy energii.2004– wyprawa C. Ventera po morzu Sargassowym. Największe przedsięwzięcie w dziedzinie metagenomiki.Projekt polegał na pobraniu prób wody (i jakiś osadów) z różnych miejsc i następnie zastosowaniesekwencjonowania genomów organizmów występujących w nich. Chciano określić mikrobiom tego morza.Znaleziono dużo bakterii kodujących duże ilości rodopsyny, mimo, że jest to białko charakterystyczne dlaeukariontów. Dodatkowo różnorodność tej rodopsyny wśród tych bakterii była bardzo duża – możliwośćwykorzystania jej w przekazywaniu energii świetlnej.Projekt ten pozwolił na zsekwencjonowanie ponad miliard par zasad oraz rozpoznano ok. 1,2 mln nieznanychgenów.Program UE– poznanie mikrobiomu człowieka, np. jelit. Starano się odkryci szlaki metaboliczne zachodzące wjelicie człowieka.Metagenomika gąbek morskich- ze względu na ich zdolność do filtrowania H2O są bogatym źródłem mikroorganizmów. Ok. 1kg gąbki filtruje24m3wody. Analizowano je pod kątem genów, które mogą nieść oraz mogą być użyte w biotechnologii.Wykryto wśród tych drobnoustrojów zdolność do produkcji metabolitów wtórnych tj. antybiotyki, związkipoliketydowe (ich geny mają strukturę mozaikową).Makroewolucja –ewolucja mikroorganizmów w sposób naturalnyMikroewolucja– ewolucja mikroorganizmów w wyniku działań człowieka (nawożenie, stosowanieantybiotyków) w efekcie, czego powstają groźne dla nas szczepyMETAGENOMIKA WIRUSÓWZajmuje się analizą i poszukiwaniem wirusów np. bakteriofagów, które mogą być wykorzystywane w walce zbakteriami, zwalczaniu biofilmu w przemyśle itp. Szuka się także ich enzymów/białek, którymi mogą być np.nukleazy, ligazy (odporne na wysokie temperatury), enzymy restrykcyjne, topoizomerazy (w przypadkuniezależnych od gospodarza wirusów), transpozazy, metylazy. Proponuje się także wykorzystanie samychwirusów do eksponowania na ich otoczce białek/leków, ukierunkowane na odpowiednie tkanki do walki znowotworami???Trudności związane z metagenomiką wirusów- Wirusy potrzebują do swojego namnażania gospodarza, jakim są najczęściej bakterie, których nie potrafimy wwiększości wyhodować w laboratorium. Samych wirusów nie da się hodować na podłożu.- Brak markera genetycznego- Zanieczyszczenia materiału genetycznego wirusów materiałem genetycznym pochodzenia komórkowego- Nie wiemy jak zaprojektować primery do amplifikacji DNA wirusówTworzenie bibliotek metagenomowych dla wirusów- można w nich odnaleźć odpowiednie geny- stosowane tylko dla wirusów posiadających dwuniciowe DNA- amplifikacja takich genów (PCR) można zastosować poprzez doczepienie za pomocą enzymów odpowiednichsekwencji do końców Dna wirusa, stosowane, jako primery dla reakcji PCR.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]