Metagenômica

Introdução Conceitos Fundamentais Abordagens Metagenômicas Pipeline Metagenômico Tipos de Dados Controle de Qualidade Classificação Taxonômica Montagem Metagenômica Análise Funcional Diversidade Microbiana Ferramentas Bancos de Dados Visualização Aplicações Recursos

Metagenômica

Introdução

Metagenômica é o estudo do material genético recuperado diretamente de comunidades microbianas presentes em ambientes naturais.

Ao contrário da genômica tradicional, que analisa organismos isolados, a metagenômica permite estudar populações microbianas complexas sem necessidade de cultivo em laboratório.

Essa abordagem revolucionou o estudo do microbioma humano, microbiomas ambientais e ecossistemas microbianos.

Conceitos Fundamentais

  • Microbioma — conjunto de microrganismos presentes em um ambiente
  • Metagenoma — conjunto de genomas da comunidade microbiana
  • OTU (Operational Taxonomic Unit) — unidade usada para classificar microrganismos
  • ASV (Amplicon Sequence Variant) — sequência única em análise de amplicons

Abordagens Metagenômicas

Abordagem Descrição
16S rRNA sequencing Sequenciamento de regiões do gene 16S para identificar bactérias
Shotgun metagenomics Sequenciamento de todo o DNA presente na amostra

Pipeline Metagenômico


Coleta de amostra
 ↓
Extração de DNA
 ↓
Sequenciamento
 ↓
FASTQ
 ↓
Controle de qualidade
 ↓
Classificação taxonômica
 ↓
Análise funcional
 ↓
Interpretação ecológica

Tipos de Dados Metagenômicos

  • Sequenciamento 16S rRNA
  • Shotgun metagenomics
  • Metatranscriptomics
  • Metaproteomics

Controle de Qualidade

Ferramentas comuns:
  • FastQC
  • Trimmomatic
  • Cutadapt

Classificação Taxonômica

A classificação taxonômica identifica quais microrganismos estão presentes em uma amostra.

Ferramentas populares:
  • Kraken2
  • MetaPhlAn
  • Centrifuge

Montagem Metagenômica

A montagem metagenômica reconstrói genomas a partir de reads metagenômicas.

Ferramentas comuns:
  • MEGAHIT
  • MetaSPAdes
  • IDBA-UD

Análise Funcional

A análise funcional identifica genes e vias metabólicas presentes na comunidade microbiana.

Ferramentas:
  • HUMAnN
  • EggNOG
  • KEGG Mapper

Diversidade Microbiana

Tipos de diversidade:
  • Alpha diversity — diversidade dentro da amostra
  • Beta diversity — comparação entre amostras
Métricas:
  • Shannon index
  • Simpson index
  • Bray-Curtis distance

Ferramentas Bioinformáticas

Categoria Ferramenta
Análise 16S QIIME2
Taxonomia Kraken2
Assembly MEGAHIT
Análise funcional HUMAnN

Bancos de Dados

Banco Descrição
SILVA Banco de sequências 16S
Greengenes Banco taxonômico para microbioma
MG-RAST Plataforma de análise metagenômica

Visualização de Dados

Ferramentas comuns:
  • Krona
  • QIIME2 visualizations
  • R (phyloseq)

Aplicações Científicas

  • Estudos do microbioma humano
  • Ecologia microbiana
  • Biotecnologia
  • Agricultura
  • Monitoramento ambiental

Recursos e Documentação

  • QIIME2 — https://qiime2.org
  • Kraken2 — https://ccb.jhu.edu/software/kraken2
  • MG-RAST — https://www.mg-rast.org
  • SILVA database — https://www.arb-silva.de