Nuovi approcci di sequenziamento con algoritmi avanzati hanno consentito di identificare il metagenoma di 428 specie di microbi, differenziando organismi quasi identici o con variazioni genomiche minori. Una scoperta che potrà essere applicata in vari ambiti di pratica clinica: agroalimentare, ambientale, umana
Le pecore e alta tecnologia: questi due strumenti sono alla base dello studio di ricerca di un gruppo di ricercatori americani, del Center for Microbiome Innovation della UC San Diego e dell’USDA Meat Animal Research Center, che è riuscito a sequenziare il metagenoma dei microrganismi presenti nell’intestino di questi ovini, utilizzando il long-read sequencing (sequenziamento a “lettura lunga”). Una metodica raffinata che consente di ‘scannerizzare’ numerose variazioni dei lunghi frammenti di DNA, anche oltre 15mila paia di basi, in una volta sola.
Combinando questa “lettura lunga”, effettuata con tecnologia HiFi, con algoritmi avanzati, è stato possibile arrivare a identificare e caratterizzare i genomi di 428 specie microbiche con una completezza superiore al 90%, differenziando organismi anche molto simili tra loro.
Un traguardo che risulta impossibile ricorrendo al sequenziamento “a lettura breve” che permette di leggere contemporaneamente solo poche centinaia di basi, escludendo anche la possibilità di assemblare genomi completi. In buona sostanza: difficilmente la “lettura breve” consente di distinguere i lineage microbici e di catalogare i diversi membri di una comunità microbica, tanto più se affini.
Sequenziamento a lettura lunga, l’applicazione
L’identificazione di specifiche specie microbiche in comunità complesse potrebbe favorire la definizione di nuovi ceppi da utilizzare in pratica clinica. «Avere a disposizione tecnologie all’avanguardia per sequenziare i genomi microbici in ambienti complessi – spiega Rob Knight, direttore del Center for Microbiome Innovation – pone le basi per disporre di informazioni atte alla risoluzione di molte problematiche urgenti».
Per i ricercatori l’utilità del sequenziamento del metagenoma microbico, nello specifico degli ovini, è già evidente: «I microbiomi che caratterizzano il bestiame ruminante, come le pecore – precisa Timothy Smith dell’USDA Meat Animal Research Center – possono essere utilizzati per contrastare le malattie e ridurre l’impatto ambientale e le emissioni di gas serra, migliorando al contempo la produttività».
Non solo, queste informazioni potranno essere impiegate anche su base più strettamente clinica: per esempio la risoluzione del genoma a livello di ceppo potrà contribuire a identificare i geni correlati alla resistenza antimicrobica e in quale misura l’allevamento impatta sul suo aumento nell’uomo e negli animali.
Metagenomica, prospettive future
La ricerca non intende limitarsi allo studio del metagenoma delle pecore, ipotizzando l’impiego della tecnologia HiFi e degli algoritmi associati anche per ricerche sull’uomo, altre specie animali, piante, ambiente e ogni essere vivente che ospita comunità microbiche complesse. L’identificazione o la migliore caratterizzazione del metagenoma di queste specifiche comunità potrebbe avviare a studi specifici sulla biodegradazione della plastica nell’oceano e la misurazione del rilascio e della cattura del carbonio.
Come la complete genomics, una tecnologia che viene già applicata alla diagnostica delle malattie rare – conclude Pavel Pevzner della University of San Diego – così anche la complete metagenomics potrebbe presto farsi strada nella medicina e in molti altri ambiti».
Fonte:
- Wang M, Carver JJ, Phelan VV et al. “Sharing and community curation of mass spectrometry data with Global Natural Products Social Molecular Networking”. Nature Biotechnology, 2016, 34:828–837.
