باحث – المعمل المرجعى للرقابة البيطرية على الانتاج الداجنى – معهد بحوث الصحة الحيوانية – مركز البحوث الزراعية – مصر

الميتاجينوميكس هو احد مجالات علم الأحياء الجزيئية التى تهتم بدراسة الجينات والمجموعات الجينية للكائنات الحية الموجودة في العديد من البيئات مختلفة، مثل التربة والمياه والأمعاء البشرية والحيوانية.

تتمثل ميزة علم الميتاجينوميكس عن  الطريقة الشائعة في التعرف على الكائنات الحية الدقيقة فى القدرة على الوصول إلى التركيب الحيوي خاصة للميكروبات الغير قابلة للزراعة بالطرق التقليدية فى المعمل والتى تكون على هيئة مستنبتات فى أنابيب اختبار وميكروسكوبات.

سبب التسمية:

يشكل الحمض النووي المأخوذ من كائن واحد جينوماً واحداً. ولكن إذا تم تجميع الأحماض النووية من مجموعة مختلفة من الميكروبات تعيش في مكان ما، فتحصل على ميتاجينوم ومن هنا جاءت تسمية هذه التقنية.

آلية تطبيق تقنية الميتاجينوميكس:

يستخدم الميتاجينوميكس تقنيات الجينوميكس والحوسبة الحيوية لتحليل العينات الحيوية وتحديد التنوع الحيوي للمجتمعات الحيوية الموجودة في هذه البيئات. يتم أخذ عينة للمنطقة المراد دراستها ثم عزل المادة الوراثية للميكروبات الموجودة بها ومن ثم يتم إستخلاص قطع  DNA لجميع الميكروبات من العينة، ومن ثم يتم عمل:

الميتاجينوميكس المستهدفة Targeted metagenomics:

يتم تضخيم للقطع المحفوظة 16srRNA عبر تفاعل البلمرة المتسلسل و تحليل التسلسل لهذه الميكروبات sequence analysis ثم إعادة تجميعها ضمن تسلسلات متقاربة من خلال أجهزة الكمبيوتر.

–  الميتاجينوميكس الوظيفية Functional metagenomics:

يتم تقطيع الحمض النووي إلى أجزاء ذات أحجام مختلفة ومن ثم يتم إدخال جزء من الحمض النووي بشكل عشوائي في ناقل الاستنساخ وتحويله إلى خلية مضيفة.

والنتيجة هي مكتبة DNA تتكون من آلاف أو عشرات الآلاف من الخلايا  حيث تشكل جميع الخلايا معًا مكتبة الميتاجينوم. ومن ثم يخضع أعضاء المكتبة لتسلسل الحمض النووي sequence analysis لتحديد الجينات والمسارات الأيضية.

التطبيقات الشائعة لعلم الميتاجينوميكس:

1- الطب البشري:

يتم استخدام الميتاجينوميكس لتوصيف الكائنات الحية الدقيقة الموجودة فى أماكن مختلفة في الجسم ، مثل الفم والأمعاء ودراسة التغييرات في التركيبات النسبية لهذه الكائنات التي قد تكون مرتبطة بأمراض مختلفة.

2- الطب البيطرى فى قطاع الدواجن:·

تلعب الميكروبات المعوية داخل أمعاء الدواجن دورًا أساسيًا في العديد من الوظائف الفسيولوجية مثل التمثيل الغذائي والمناعة حيث ترتبط عملية الهضم بقوة بميكروبات الأمعاء وبالتالي يتأثر امتصاص المغذيات ، وهضم الأعلاف ، وحصاد الطاقة ، والإنتاجية بتكوين الكائنات الحية الدقيقة وتنوعها. الى جانب ذلك تعد الميكروبات المعوية في الوقت الحالي مستودعا ضخما لجينات مقاومة المضادات الحيوية والتى تحول دون علاج الأمراض.

يمكن استخدام تقنية الميتاجينوميكس في التعرف على دورالمجتمعات الميكروبية في التمثيل الغذائي وتحسين الانتاج الداجنى والكشف المبكر عن الامراض من خلال التعرف على نوع ووظيفة كل بكتيريا، وعمل جداول احصائية للمقارنة بين الميكروبات من حيث أنواعها وكمياتها فى الطيور المرضى والسليمة ، حيث يتيح لنا تحديد النوع والكمية معرفة المرض وبتعديل الكمية والنوع يمكننا علاجها ·

تتيح الميتاجينومكس أيضا الكشف عن جينات البكتيريا المسئولة عن مقاومة المضادات الحيوية والتى تحول دون علاج الأمراض

3-  الزراعة: كشف التحليل الميتاجينومي لعينات التربة عن وجود عدد مذهل للكائنات الحية الدقيقة في التربة. ويعمل الباحثون حالياعلى دراسة الميكروبات التي تسهل نمو النبات لتحسين المحاصيل الزراعية.

4-  المعالجة الحيوية:توجد أنواع عديدة من الكائنات الحية الدقيقة في التربة والمياه والتى لها تأثير كبير على تحلل الملوثات. تلعب الميتاجينوميكس دورًا رئيسيًا في تحديد واستخدام الكائنات الدقيقة التي يمكنها تحطيم أنواع معينة من الملوثات والتى تشمل التسربات النفطية , والصرف الصحي  ، والنفايات   في البيئة.

5- التكنولوجيا الحيوية:

بعض أنواع الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تصنيع مجموعة واسعة من المواد الكيميائية والتى يمكن استخدامها لعلاج الالتهابات البكتيرية. هذه المواد الكيميائية مصنوعة من الإنزيمات المنتجة بواسطة الجينات الميكروبية. ·    يتم استخدام تقنية الميتاجينوميكس كوسيلة لاكتشاف وجود هذه الجينات في التربة والكائنات الحية الدقيقة المائية .

6- التمثيل الضوئي:

تقوم الكائنات الحية الدقيقة بحوالي نصف عملية التمثيل الضوئي التي تحدث على الأرض وتشكل مشاركًا رئيسيًا في تدوير العناصر المختلفة مثل الكربون والفوسفور والنيتروجين.·  يتم استخدام تقنية الميتاجينوميكس كوسيلة لفهم دور هذه المجتمعات الميكروبية في هذه العمليات.

7- الدفاع الحيوي :

يتم استخدام تقنية الميتاجينوميكس  كوسيلة رصد لمسببات الأمراض،  وخلق لقاحات  وعلاجات أكثر فعالية ضد عوامل الإرهاب الحيوي  ،و التصدى للهجمات التي تتضمن الأحياء الدقيقة.