Metagenómica: Síntesis de ADN a gran escala

Materia OScura Biológica

Un nuevo artîculo de investigación, publicado en Nature Communications, sugiere que la biología sintética podría ayudar a caracterizar mejor las comunidades microbianas complejas, liberando su potencial para la biotecnología industrial y médica.

Las comunidades de microorganismos controlan muchos de los procesos ambientales más importantes de la Tierra.

Por ejemplo, los microbios fotosintéticos del océano producen al menos el 50 por ciento del oxígeno del mundo.
O las comunidades de bacterias asociadas a las raíces “fijan” el nitrógeno de la atmósfera para ponerlo a disposición de las plantas.
O las comunidades microbianas en el estómago de los animales de granja les permiten descomponerse con fuerza. celulosa de sus dietas vegetales.

La mayoría de estos microbios son difíciles de cultivar y estudiar en el laboratorio.
Durante la mayor parte de la historia científica han sido una especie de “materia oscura biológica”

Dice el coautor, el Dr. Tom Williams, investigador asociado del Centro de Excelencia ARC en Biología Sintética y miembro de investigación de la Universidad Macquarie.

Con el advenimiento de las tecnologías modernas de secuenciación de ADN, fue posible estudiar estas complejas comunidades microbianas.

Permitiendo comparar sus secuencias de ADN con las de otras especies caracterizadas en bases de datos, un campo llamado metagenómica.

La mayoría de estos microbios son difíciles de cultivar y estudiar en el laboratorio, y durante la mayor parte de la historia científica han sido una especie de “Materia Oscura Biológica“.

La metagenómica ha proporcionado una visión sin precedentes de la estructura y función de la comunidad microbiana, pero tiene dos limitaciones principales.

Primero, es difícil determinar concluyentemente la función de genes y genomas identificados a partir del ADN ambiental sin probarlos en un laboratorio.

Y en segundo lugar, los metagenomas que subyacen en las comunidades microbianas no cultivables no pueden ser aprovechados por la biotecnología.

Proponemos que algunas de las limitaciones de la metagenómica pueden superarse utilizando biología sintética, donde los metagenomas secuenciados pueden cobrar vida mediante la síntesis de ADN a gran escala en un microbio de laboratorio. Como caso de prueba teórico, exploramos la posibilidad de recrear las funciones de los microorganismos que están presentes en los ambientes de fermentación del vino dentro de una sola especie de levadura enológica .

Esto permitiría un control y una comprensión más precisos de las fermentaciones del vino y proporcionaría herramientas y marcos para sintetizar y dar vida a metagenomas ambientales más complejos.

La síntesis de ADN es actualmente demasiado cara para permitir una gran síntesis de metagenomas, pero a medida que los costos disminuyan con las nuevas tecnologías, la metagenómica sintética se convertirá en una perspectiva factible.

En última instancia, la metagenómica sintética podría convertirse en un nuevo campo científico que no solo arroje luz sobre la materia oscura microbiana, sino que también desbloquee su potencial de aplicación a la biotecnología industrial y médica

Dr. Williams.

Referencia: “Seeding the idea of encapsulating a representative synthetic metagenome in a single yeast cell” by Ignacio Belda, Thomas C. Williams, Miguel de Celis, Ian T. Paulsen and Isak S. Pretorius, 11 March 2021, Nature Communications

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