Metagenômica e Biotecnologia Ambiental

Já tem um tempo que venho pensando em uma forma de fazer um post sobre o assunto de metagenômica aplicada a biotecnologia ambiental, mas como fazer isso de uma forma simples e objetiva? Difícil, mas resolvi explicar da forma que eu sei, e qualquer duvida ou correção por favor deixem nos comentários.

A metagenômica é uma técnica de análise genômica de microrganismos independente de cultivo dos mesmos, tal necessidade surgiu a partir da estimativa de que apenas 1% de todos os microrganismos do planeta são cultiváveis, e a análise desses ecossistemas e de sua diversidade seria sempre subestimada se estudada apenas por essa técnica.

Como é feita então? TODO o DNA é extraído diretamente da amostra do ambiente a ser estudado (água, solo, biofilme etc), e é então "picotado" por uma enzima, e esses pedaços de DNA aleatoriamente cortados são inseridos em plasmídios e esses por sua vez são inseridas em bactérias cultiváveis, que irão multiplicar esses plasmídios em várias cópias, e consequentemente os fragmentos de DNA inseridos, formando um "biblioteca metagenômica" de seu ambiente.

As bactérias transformadas são encubadas e as colônias formadas são analisadas (seus plasmídios sequenciados) e sobre tais informações infere-se a diversidade, filogenética ou taxonomia da microbiota do ambiente estudado.

Dificil? Ok ok.. mas como aplicar tal tecnologia á favor do meio ambiente?

Simples! (tá bom... nem tão simples assim), mas, a partir dos plasmídios sequenciados podemos comparar a sequências a um banco de dados de gens já elucidados, com suas respectivas funções.
Dependendo do grau de semelhança que o gens que descobrimos apresentarem com os gens existentes no banco de dados, maior a probabilidade de apresentarem funções iguais ou semelhantes.

E daí?
Por exemplo, se algum "fragmento" que encontramos em nossa biblioteca tem uma grande homologia com um gen de um outro microrganismo que é responsável pela degradação de algum composto tóxico, basta inserir tal fragmento em outro plasmídio que irá expressar tal gen, e pronto, temos agora identificada uma nova variedade de enzima para degradação de compostos tóxicos no ambiente, ampliando a possibilidade de utilização dos mesmos para biorremediação. Quanto mais enzimas conhecemos para degradar determinada família de compostos tóxicos, maior é o nosso "poder biorremediador", já que diferentes enzimas apresentam diferentes "formas" de atuação sobre os compostos.

E quando não temos nenhuma enzima já conhecida para a degradação do nosso composto tóxico alvo? Aí podemos inserir todos os nossos fragmentos em plasmídios de expressão (plasmídios que possuem sequencias promotoras e podem expressar o "fregmento inserido" em uma protéina), e testa-los bioquimicamente na presença do composto alvo ou de um análogo. As colônias que apresentarem atividade de degradação irão ser selecionadas para serem sequenciadas, e comparadas com outros gens que possam ter alguma atividade análoga a do gen encontrado.

Complicado? Um pouco né?

Mas o importante disso tudo são as imensas possibilidades que tal técnica nos abrem.
Se com apenas 1% de todos os microrganismos possíveis de serem cultivados, várias enzimas já foram descobertas para degradação de diferentes compostos, e a aplicação dos próprios microrganismos como biorremediadores já vem sendo difundida, uma ampliação das possibilidades de utilização desta imensa biodiversidade que não pode ou é muito difícil de ser cultivada só pode trazer muitos ganhos para a tecnologia.

Lembrando sempre daquela frase já utilizada por mim aqui no blog, e pretendo repeti-la sempre que se trata de biorremediação, "melhor prevenir do que biorremediar", mas a utilização de compostos tóxicos e de difícil degradação vem sendo cada vez mais difundida na industria moderna (tanto urbana quanto agrícola) e esses resíduos são sempre despejados nos ambientes naturais, quando não vão parar nos alimentos que consumimos, ou na água que bebemos.
Dessa forma não se trata apenas de uma questão ambiental, mas também de saúde publica.

Um exemplo: Molecular cloning and characterization of a novel pyrethroid-hydrolyzing esterase originating from the Metagenome