Metagenomika Úvod Petra Vídeňská, Ph.D. Hodnocení: •Aktivita při hodinách •Prezentace – na základě článku •Ústní zkouška Osnova přednášek: Datum Téma 17.2.2020 Úvod do metagenomiky 24.2.2020 Sekvenování druhé generace, principy 454, Illumina, Ion Torrent 2.3.2020 Principy Minion, PacBio, prohlídka laboratoří 9.3.2020 Odběry vzorků, izolace, příprava knihoven 16S rRNA 16.3.2020 Celometagenomové sekvenování, sekvenace eukaryot a virů 23.3.2020 Vyhodnocování sekvenací 30.3.2020 Metatranskriptomika, Metabolomika 6.4.2020 Mikrobiom vody a půdy, Metagenomika v klinické praxi 13.4.2020 Střevní mikrobiom 20.4.2020 Pozvaní odborníci 27.4.2020 Pozvaní odborníci 4.5.2020 Prezentace 11.5.2020 Prezentace 18.5.2020 Ústní zkouška Historie První pozorování mikrooganismů 1676 Antonio van Leewenhoek První pozorování mikroorganismů http://sukirgenk.dvrlists.com/van-leeuwenhoek-first-microscope.html https://americangallery20th.files.wordpress.com/2012/09/antonie-von-leeuwenhoek.jpg Objevení původců chorob 1676 Antonio van Leewenhoek První pozorování mikroorganismů 1843-1910 Robert Koch Vypracování Kochových postulátů http://content.answers.com/main/content/img/scitech/HSroberh.jpg Objev domény Archea 1676 Antonio van Leewenhoek První pozorování mikroorganismů 1843-1910 Robert Koch Vypracování Kochových postulátů 1977 - Carl Woese Objev domény Archea, studium genu 16S rRNA Yarza, P. et al; Nat. Rev. Microbiol. 12; 2014 V 80. letech – 12 kmenů bakterií, každý s kultivovatelným reprezentantem Nyní: více než 100 kmenů, 2/3 bez kultivovatelného reprezentanta • Nekultivovatelné mikroorganismy 1676 Antonio van Leewenhoek První pozorování mikroorganismů 1843-1910 Robert Koch Vypracování Kochových postulátů 1977 Carl Woese Objev domény Archea, studium genu 16S rRNA 1985 - Staley a Konopka „The great plate count anomaly“ The history of studying microbes with Norm Pace - University of Colorado Boulder & University of Colorado System | Coursera - Mozilla Firefox Measurement of in Situ Activities of Nonphotosynthetic Microorganisms in Aquatic and Terrestrial Habitats - annurev.mi.39.100185.001541 - Mozilla Firefox ~0,1 - 0,01 % Kultivovatelné mikroorganismy ~99,9 - 99,99 % Nekultivovatelné mikroorganismy Gut Check: Exploring Your Microbiome Nové technologie 1676 Antonio van Leewenhoek První pozorování mikroorganismů 1843-1910 Robert Koch Vypracování Kochových postulátů 1977 Carl Woese Objev domény Archea, studium genu 16S rRNA 1985 Staley a Konopka „The great plate count anomaly“ 2009 – Sekvenování nové generace Miliony až miliardy sekvencí najednou Možnost studia i nekultivovatelných mikroorganismů Mikrobiom = soubor mikroorganismů Mikroorganismus – jednobuněčný organismus pozorovatelný pouze pod mikroskopem –Bakterie –Viry –Plísně –Kvasinky –Řasy a prvoci • http://www.wikiskripta.eu http://aboutviruses.weebly.com Patogenní bakterie – bakterie způsobující onemocnění Výzkum bakterií •Na světe je cca 4-6 x 1030 prokaryot •Více než 99,9 bakterií je nekultivovatelných •V databázi více než 1 mil. genů •Nové přístupy – objev nových genů –ATB –Enzymy –Léčiva –Degradují kontaminanty v prostředí • Definice metagenomiky •Metagenomika je definována jako věda zabývající se biologickou diverzitou. Je založena na analýze genomů příbuzných, ale ne zcela identických mikrobních populací za použití genetických a molekulárních technik. Celkové metagenomické studie umožňují porozumět dynamice mikrobního společenství a zahrnují analýzy nukleotidových sekvencí, struktury, regulace a funkce (Handelsman a kol., 1998). • My Clips by videnska - Mozilla Firefox Metagenomika Metagenomika http://www.cbs.dtu.dk/researchgroups/metagenomics/metagenomics.php • Mikrobiom a člověk • Whiteside, S. A. et al. (2015) The microbiome of the urinary tract—a role beyond infection Nat. Rev. Urol. doi:10.1038/nrurol.2014.361 D:\kuloth\2015\14-01-2015\NR_aop1\slides_img\nrurol.2014.361-f1.jpg -Izolace čistých kultur, biochemické reakce („fenotyp“ bakterie, různé podmínky) -Fingerprintové metody (RFLP, rep PCR, ribotypizace, DGGE) -Identifikace pomocí sond (dot-blot hybridizace, FISH) • Výzkum mikrobiomu- minulost Molekulární techniky – i nekultivovatelné mikroorganismy! Ribotypizace • riboprinter2 [Režim kompatibility] - Lachema 2008_Svec.pdf - Mozilla Firefox Rep PCR • DGGE • Metagenomika - sekvenace •Dva hlavní přístupy –Cílené sekvenování •Sekvenování specifických genů (16S rRNA) a seskupení vzniklých sekvencí do fylogenetického vztahu –(Celo)Metagenomové sekvenování •Náhodně sekvenované úseky DNA (nebo RNA) a porovnání vzniklých sekvencí v NCBI databázi na základně podobnosti s referenční sekvencí. • GS_Junior (Large) Next generation sequencing http://legacy.camera.calit2.net/education/what-is-metagenomics Funkční metagenomika My Clips by videnska - Mozilla Firefox Sangerovo sekvenování • Sekvenování nové generace My Clips by videnska - Mozilla Firefox