Metagenomics ngh metagenome ớc: 1)
tách chiết nucleic acid trong mẫu thu thập; 2) thiết lập thư viện metagenome/
3) sàng lọc/phân lập gen. Tương tự như các nghiên cứu phân lập gen trong hệ gen (genome), các nhà nghiên cứu có thể giải trình tự toàn bộ genome, sau đó tìm kiếm, khai thác gen hay vùng gen mã hóa cho các protein và enzym quan tâm. Metagenome về cơ bản cũng được khai thác tương tự như trong genome nhưng nó bao quát hơn vì ở đây nghiên cứu không dừng ở việc khai thác gen trên từng hệ gen nhỏ lẻ, của cá thể phân lập được mà là trên toàn bộ đa hệ gen của quần xã sinh vật có trong một hệ sinh thái nhất định [85]. Có hai phương pháp tiếp cận chính trong nghiên cứu metagenomics đó là 1) phân lập gen dựa trên việc thiết lập thư viện metagenome hoặc 2) khai thác trình tự DNA và phân lập gen dựa trên dữ liệu giải trình tự metagenome.
1.3.2.1. Phân lập gen dựa vào việc thiết lập thư viện metagenome
Tương tự như việc thiết lập thư viện genome để phân lập gen, toàn bộ DNA metagenome sẽ được phân cắt bằng enzym hạn chế thành các đoạn có kích thước nhất định, sao cho chúng chứa được trọn vẹn gen. Sau đó các đoạn DNA này được gắn vào vector thích hợp và chuyển vào chủng vi sinh vật chủ. Với số lượng dòng đủ lớn, thư viện có thể chứa được toàn bộ các gen củ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
, enzym...) trên môi trường có cơ chất đặc hiệu. Từ đó các dòng mang gen mã hóa cho tính trạng mong muốn sẽ được lựa chọn, giải trình tự để thu được trình tự
[51].
Tuy nhiên, việc phân lập gen dựa trên việc sàng lọc thư viện metagenome trên môi trường có cơ chất thường tốn rất nhiều thời gian và công sức, do phải sàng lọc một khối lượng lớn các dòng trong thư viện. Hơn nữa, cách tiếp cận này còn yêu cầu số lượng dòng thư viện phải rất lớn và chất lượng thư viện phải cao. Ngoài ra, việc một gen nguyên vẹn trong thư viện có thể biểu hiện ra được hoạt tính (được phát hiện) hay không cũng lại phụ thuộc rất nhiều vào sự tương thích và vị trí của nó với promoter của vector dùng để tạo thư viện. Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, việc giải trình tự toàn bộ hệ gen đã trở nên khả thi hơn (tiết kiệm thời gian và kinh phí hơn). Do đó, chúng tôi đã tiến hành khai thác trình tự DNA và phân lập gen dựa trên cơ sở dữ liệu thu được từ việc giải trình tự trực tiếp DNA metagenome vi khuẩn ruột mối.
1.3.2.2. Khai thác và phân lập gen từ dữ liệu metagenome
Hiện nay, bằng thiết bị giải trình tự gen hiện đại như hệ thống giải trình tự HiSeq của Ilumina, máy có thể cho ra tới 3 tỷ trình tự với tổng khối lượng dữ liệu lên tới 300 Gbp (Giga bp, bằng 106 bp). Bằng phần mềm chuyên dụng và các công cụ tin sinh học, máy sẽ sắp xếp các trình tự ngắn đó thành các contig và từ các contig chúng ta có thể so sánh, tìm được chức năng của gen trong metagenome. Để so sánh và phân tích trình tự DNA, một loạt các công cụ và phần mềm tin sinh học có thể được sử dụng trực tuyến và khai thác miễn phí [92].
Sau khi có các contig từ metagenome, các cặp mồi sẽ được thiết kế để phân lập
các gen mong muố ể phân tích quần xã vi sinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
[51]. Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu nào về giải trình tự và phân tích trình tự metagenome ở nước ta. Đây là đề tài đi tiên phong trong hướng metagenomics nói chung, nghiên cứu đa dạng sinh học và khai thác các gen dựa trên dữ liệu thu được từ giải trình tự toàn bộ metagenome nói riêng ở Việt Nam.