BioEduc: Metagenomics, Biodiversity Studies, Next-Generation Sequencing.
Généralités
Les progrès du Next-Generation Sequencing (NGS) ont permis des avancées significatives dans les études d'écologie microbienne. Cela a conduit à l'expansion rapide de la recherche dans le domaine et à l'établissement de «métagénomiques», souvent définies comme l'analyse de l'ADN des communautés microbiennes dans des échantillons environnementaux sans nécessité préalable de culture.
De nombreux outils statistiques et informatiques et bases de données de métagénomique ont été développés afin de permettre l'exploitation de l'énorme flux de données.
Dans cet article de synthèse, nous fournissons une vue d'ensemble des technologies de séquençage et de la manière dont elles sont parfaitement adaptées à différents types d'études métagénomiques. Nous nous concentrons sur les techniques, les outils et les méthodologies bioinformatiques actuellement disponibles pour effectuer chaque étape individuelle d'une analyse de métagénomique typique.
Nous fournissons également les tendances futures en matière d’outils et de technologies en cours de développement. En outre, nous discutons des outils de gestion, de distribution et d'intégration de données capables d'effectuer des analyses métagénomiques comparatives de plusieurs ensembles de données en utilisant des bases de données bien établies, ainsi que des normes d'annotation couramment utilisées.
L'avènement du séquençage de nouvelle génération (NGS) ou du séquençage à haut débit a révolutionné le domaine de l'écologie microbienne et porté les études environnementales classiques à un autre niveau.
Ce type de technologie de pointe a conduit à l’établissement du domaine de la «métagénomique», défini comme l’analyse génétique directe des génomes contenus dans un échantillon environnemental sans nécessité préalable de cultiver des cultures clonales. Initialement, le terme n’était utilisé que pour l’analyse fonctionnelle et séquentielle des génomes microbiens collectifs contenus dans un échantillon environnemental, mais actuellement, largement appliqué à des études effectuant une amplification en chaîne par polymérase (PCR) de certains gènes d'intérêt.
Le premier peut être appelé "métagénomique par injection complète", et le second par "métagénomique par amplification des gènes marqueurs" (c'est-à-dire, gène ARN ribosomal 16S) ou "méta-génétique". De telles méthodologies permettent une génération de profil génomique / génétique beaucoup plus rapide et élaborée d'un échantillon environnemental à un coût très acceptable. Shotgun metagenomics complète a la capacité de séquencer complètement la majorité des génomes disponibles dans un échantillon environnemental (ou une communauté). Cela crée un profil de biodiversité communautaire qui peut être associé à une analyse de la composition fonctionnelle des lignées d'organismes connues et inconnues (c'est-à-dire des genres ou des taxons).
Shotgun metagenomics a évolué pour répondre aux questions de savoir qui est présent dans une communauté environnementale, ce qu’il fait (ses fonctions) et comment ces micro-organismes interagissent pour soutenir une niche écologique équilibrée. Il fournit en outre un accès illimité à des informations fonctionnelles sur la composition génique provenant de communautés microbiennes vivant dans des écosystèmes pratiques.
La métagénomique des gènes marqueurs est un moyen rapide et précis d’obtenir un profil de distribution communautaire ou taxonomique ou une empreinte digitale en utilisant l’amplification par PCR et le séquençage de gènes marqueurs conservés au cours de l’évolution, tels que le gène ARNr 16S.
Cette distribution taxonomique peut ensuite être associée à des données environnementales (métadonnées) issues du site d'échantillonnage étudié.
Plusieurs types d'écosystèmes ont été étudiés jusqu'à présent en utilisant la métagénomique, y compris des environnements extrêmes tels que les zones de volcanisme ou d'autres zones de températures extrêmes, d'alcalinité, d'acidité, de faible teneur en oxygène et de composition élevée en métaux lourds.
Cette ressource inestimable fournit une capacité infinie de bioprospection et permet la découverte de nouvelles enzymes capables de catalyser des réactions de biotechnologie.
Les premières études métagénomiques étaient axées sur les environnements à faible diversité, tels que le drainage minier acide, le microbiome intestinal humain et les échantillons d’eau de la mer des Sargasses, principalement en raison de l’absence de technologies de séquençage à haut débit.
CITATION: oulas et al. metagenomics: tools and insights for analyzing next-generation sequencing data derived from Biodiversity studies. Bioinformatics and Biology Insights 2015:9 75–88 doi: 10.4137/BBi.s12462
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