เมตาจีโนมิกส์ : เปิดโลกแห่งจีโนมจุลินทรีย์ในธรรมชาติ

Abstract

บทคัดย่อ

วิธีการเมตาจีโนมิกส์เป็นวิธีการที่ใช้ในการศึกษาวิเคราะห์จีโนมของจุลินทรีย์ทั้งหมดที่มีในหนึ่งชุมชีพ (community) หรือในตัวอย่างธรรมชาติ โดยวิธีการสกัดดีเอ็นเอออกมาจากตัวอย่างที่ต้องการศึกษาโดยตรง ไม่ต้องทำการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ ดังนั้นวิธีการเมตาจีโนมิกส์จึงครอบคลุมไปถึงการศึกษาจุลินทรีย์ที่ไม่สามารถเพาะเลี้ยงได้ (unculturable microbes) ซึ่งพบว่ามีมากถึงร้อยละ 99 ของจุลินทรีย์ทั้งหมดในตัวอย่างธรรมชาติ วิธีการทางเมตาจีโนมิกส์เริ่มตั้งแต่การสกัดดีเอ็นเอจากตัวอย่างในสิ่งแวดล้อม จากนั้นจึงวิเคราะห์ดีเอ็นเอเหล่านั้นด้วยวิธีการต่าง ๆ กันไป ซึ่งส่วนใหญ่จะมุ่งเน้นไปที่การค้นหายีนที่ถอดรหัสสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและยาชนิดใหม่ ๆ โดยวิธีที่นำมาใช้ค้นหาสารชีวภาพใหม่ ๆ จากฐานข้อมูลเมตาจีโนม (metagenomic library) สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธีหลัก ๆ คือ การอ้างอิงจากคุณสมบัติจำเพาะที่ต้องการศึกษา (function-based screening) หรืออ้างอิงจากลำดับเบสของยีนที่ต้องการ (sequence-based screening) ที่ผ่านมามีชีวโมเลกุลมากมายที่ถูกค้นพบด้วยวิธีเมตาจีโนมิกส์ เช่น DNA polymerase, lipase, cellulase, protease หรือยีนที่สร้างสารปฏิชีวนะ โดยสรุปวิธีเมตาจีโนมิกส์นับเป็นเครื่องมือที่สำคัญและจำเป็นที่ใช้ในการค้นหาสารชีวโมเลกุลใหม่ ๆ และใช้วิเคราะห์ความหลากหลายทางพันธุกรรมของจุลินทรีย์ในชุมชีพ การค้นพบยีนชนิดใหม่ ๆ ทำให้เราทราบถึงโครงสร้างและหน้าที่ของจุลินทรีย์ภายในชุมชีพ ซึ่งอาจจะนำไปสู่การใช้แก้ปัญหาทั้งด้านการแพทย์ การเกษตร และอุตสาหกรรมได้

คำสำคัญ : เมตาจีโนมิกส์; การวิเคระห์จีโนมของจุลินทรีย์; ความหลากหลายทางพันธุกรรมของจุลินทรีย์

Abstract

Metagenomics is a genomic analysis of a population of microorganisms in one community or one environmental sample by direct isolation of environmental DNA. Since no culture-based method is required, metagenomics therefore includes a study of unculturable microbes, which are as many as 99 % of the total microorganisms in environmental sample. Metagenomic approaches start from direct isolation of nucleic acids from environmental sample, then different methods can be used to analyze the isolated DNA. So far, the main application area of metagenomics is mining of metagenomes for genes encoding novel biocatalysts and drugs. In principle, the techniques for the recovery of novel biomolecules from metagenomic library can be divided into two main approaches: function-based and sequence-based screening. A large number of novel biomolecules have been idientified by metagenomics approach such as DNA polymerase, lipase, cellulase, protease, antibiotics. In conclusion, metagenomics is an important and indispensable tool for the identification of novel biomolecules and analysis of the genetic diversity of microbial communities. Discovery of new genes can provide insight into microbial community structure and function that can be used to solve medical, agricultural, or industrial problems.

Keywords: metagenomics; genomic analysis of microorganisms; genetic diversity of microbial communities