Présentation
La métagénomique est l’étude du matériel génétique extrait directement d’échantillons environnementaux ou cliniques, contournant la nécessité de culture en laboratoire. Cette approche capture la diversité génétique complète des communautés microbiennes, incluant bactéries, archées, virus et champignons — dont la grande majorité ne peut être cultivée en culture pure. En séquençant l’ADN total extrait du sol, de l’eau de mer, de l’intestin humain ou d’autres habitats, la métagénomique offre une fenêtre indépendante de la culture sur la composition microbienne, le potentiel métabolique et la dynamique des communautés. Ce domaine a révolutionné la microbiologie en révélant l’étendue réelle de la diversité microbienne sur Terre.
Méthodes
Les flux de travail métagénomiques se divisent en deux stratégies principales. Le séquençage d’amplicons (par exemple, le séquençage du gène ARNr 16S) cible des gènes marqueurs conservés pour profiler la composition taxonomique. La métagénomique aléatoire (shotgun) séquence tout l’ADN de l’échantillon, permettant l’analyse des gènes fonctionnels et les études résolues par génome. Les pipelines bioinformatiques effectuent le rognage de qualité, l’élimination de l’ADN de l’hôte et la classification taxonomique à l’aide de bases de données comme Kraken2, MetaPhlAn ou Kaiju. Pour le profilage fonctionnel, les lectures sont alignées sur des catalogues de gènes avec des outils comme HUMAnN3. Les approches plus avancées assemblent les lectures métagénomiques en génomes assemblés à partir de métagénomes (MAG) à l’aide d’assembleurs spécialisés tels que MEGAHIT ou metaSPAdes. Les contigs sont ensuite regroupés (binning) par composition nucléotidique et abondance pour reconstituer des génomes quasi complets.
Applications
La métagénomique a profondément impacté la médecine, l’écologie et la biotechnologie. Le projet sur le microbiome humain a révélé des liens forts entre la composition du microbiote intestinal et des maladies telles que l’obésité, les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin et le diabète. La métagénomique environnementale découvre de nouvelles enzymes pour la biotechnologie industrielle et surveille les communautés microbiennes en microbiologie de l’eau et des aliments. En clinique, la métagénomique permet la détection non biaisée d’agents pathogènes et la surveillance des gènes de résistance aux antimicrobiens en génétique bactérienne. Le domaine continue de s’étendre avec les progrès du séquençage de nouvelle génération qui rendent le séquençage métagénomique profond de plus en plus abordable.
