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Tecnología de secuenciación metagenómica
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Tecnología de secuenciación metagenómica
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Desde las últimas tres décadas, el estudio de la histología ha sido siempre un tema de investigación candente. La primera que surgió fue la genómica, luego la proteómica, y ahora el campo emergente de mayor aplicación de la histología es la metagenómica. La metagenómica utiliza la tecnología de secuenciación de alto rendimiento de próxima generación (NGS) para estudiar los genomas de las poblaciones microbianas en entornos específicos, y explora además las actividades funcionales, las interacciones y las relaciones entre las poblaciones microbianas y sus entornos para descubrir el potencial significado biológico basado en el análisis de la diversidad microbiana, la estructura de la población y las relaciones evolutivas. En comparación con los métodos tradicionales de investigación microbiana, la tecnología de secuenciación metagenómica sortea las desventajas de que la mayoría de los microorganismos no pueden cultivarse y de que no se pueden detectar las bacterias traza, por lo que se ha utilizado ampliamente en la investigación de la microbiología ambiental en los últimos años.
I. Ventajas técnicas
Los microorganismos comprenden un amplio grupo de organismos que incluyen bacterias, hongos y algunos protozoos pequeños, algas microscópicas y virus, que son diminutos, diversos y están estrechamente relacionados con los seres humanos. Los métodos tradicionales para el diagnóstico microbiano son la prueba de cultivo y la prueba de sensibilidad a los fármacos, pero la tasa de resultados positivos es sólo del 10%; otro es la prueba PCR, que es significativamente mejor que el método de cultivo en términos de sensibilidad, especificidad y tiempo de detección, pero debido a que el método se basa en la secuencia del genoma de bacterias patógenas conocidas, la información proporcionada es limitada y todavía no puede resolver el problema de la baja tasa de resultados positivos del diagnóstico clínico; además, la detección de infecciones mixtas y de microorganismos patógenos desconocidos es un obstáculo insuperable para los métodos de detección tradicionales. Las limitaciones de los métodos de pruebas clínicas a menudo conducen a una medicación incorrecta y a un retraso en el tratamiento, por lo que es urgente desarrollar nuevos métodos de prueba para satisfacer las necesidades clínicas lo antes posible
La secuenciación metagenómica (mNGS) puede describir toda la información de ADN o ARN presente en una muestra, lo que permite analizar todo el microbioma, así como el genoma del huésped humano o el transcriptoma en muestras de pacientes, lo que permite hacer visibles los microorganismos causantes de enfermedades. La tecnología de secuenciación metagenómica (mNGS) tiene las siguientes ventajas principales sobre los métodos tradicionales de detección microbiana
1. Sin sesgo de detección, capaz de detectar genéticamente todos los microorganismos del entorno
2. Independiente de los cultivos, puede detectar especies no cultivables, puede detectar microorganismos traza
3. Capaz de detectar todas las secuencias del genoma analizado
4. Capacidad de detectar patógenos nuevos o poco frecuentes
II. Procedimientos técnicos
Todo el proceso de mNGS se divide en experimentos secos y húmedos, y todo el proceso está bajo control de calidad. El experimento en húmedo comienza con la recepción de las muestras, su procesamiento específico para los diferentes tipos de muestras, la extracción de ácidos nucleicos para la preparación de la biblioteca y, a continuación, la secuenciación en la máquina; el experimento en seco incluye el análisis de los datos fuera de línea, la eliminación de las secuencias del huésped, la comparación con las bases de datos de microbios patógenos y de resistencia a los medicamentos, la identificación de las especies y la identificación de la resistencia a los medicamentos y, por último, la interpretación del informe.
III. Aplicación
Hay muchos tipos de microorganismos, que están ampliamente involucrados en muchos campos como la alimentación, la medicina, la industria y la agricultura, y la protección del medio ambiente. Por lo tanto, los campos de aplicación de la tecnología mNGS son también bastante amplios.
1. Ámbito médico: investigación de enfermedades metabólicas, investigación del cáncer tumoral, desarrollo de fármacos tumorales, etc.
2. Ámbito ganadero: investigación sobre el intestino, el rumen (por ejemplo, los taxones metanogénicos) y la salud animal/digestión nutricional, etc.
3. Ámbito agrícola: investigación sobre las interacciones microbiano-planta, labranza agrícola, tratamiento de la fertilización y comunidades microbianas del suelo, etc.
4. Ámbito medioambiental: tratamiento de la niebla, tratamiento de aguas residuales, degradación del petróleo, tratamiento de aguas minerales ácidas e investigación del medio marino, etc.
5. Bioenergía: investigación sobre cepas funcionales especiales, extracción de genes, desarrollo de bacterias de ingeniería.
6. Medio ambiente extremo especial: investigación sobre taxones microbianos en condiciones ambientales extremas.