Desentrañar la materia oscura funcional a través de la metagenómica global

Área de la Ciencia:

• La genómica
• La bioinformática
• Ecología microbiana

Sus antecedentes:

• Los metagenomas contienen una gran diversidad de proteínas con funciones desconocidas.
• La exploración actual se basa en la comparación con los genomas de referencia limitados y las familias de proteínas.
• Una parte significativa de la diversidad funcional microbiana permanece sin explorar.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un enfoque computacional para generar familias de proteínas libres de referencia a partir de datos metagenómicos.
• Cuantificar el alcance de la diversidad funcional sin explotar en los metagenomas.
• Identificar nuevas familias de proteínas y predecir sus estructuras y funciones.

Principales métodos:

• El análisis de 26.931 metagenomas.
• Identificación de más de 1.17 mil millones de secuencias de proteínas que carecen de similitud con las bases de datos de referencia (genomas NCBI, Pfam).
• Agrupación masiva basada en gráficos paralelos para formar nuevos grupos de secuencias.
• Anotación basada en distribuciones taxonómicas, de hábitat, geográficas y de vecindad genética.
• Predicción de modelos de proteínas en 3D para nuevas familias.

Principales resultados:

• Se identificaron 106.198 nuevos grupos de secuencias de proteínas con más de 100 miembros.
• Se duplicó el número de familias de proteínas en comparación con el agrupamiento basado en referencia.
• Reveló nuevas estructuras y funciones de proteínas a través del modelado en 3D.
• Caracterizó la distribución de nuevas familias en varios nichos ecológicos.

Conclusiones:

• El estudio revela una enorme diversidad funcional no reconocida anteriormente dentro de las comunidades microbianas.
• El enfoque desarrollado sin referencia amplía significativamente el alcance del descubrimiento de la familia de proteínas.
• Destaca la necesidad crítica de una mayor exploración de la "materia oscura funcional" microbiana para comprender los procesos biogeoquímicos globales.