Metagenômica: o novo horizonte para combater a contaminação

As análises de contaminação por metagenômica pela Fermentec cresceram nos últimos anos. Este artigo explica com detalhes o que é a metagenômica e porque esta metodologia é uma revolução na pesquisa de bactérias e leveduras. A metagenômica é uma área da genômica que se concentra no estudo de material genético coletado diretamente de amostras ambientais, como solo, água, ar ou amostras biológicas, sem a necessidade de cultivar os microrganismos presentes. Em vez de analisar o genoma de organismos isolados, a metagenômica busca entender a diversidade e a função genética de comunidades microbianas complexas presentes em um determinado ambiente.

Com a evolução das técnicas de sequenciamento do DNA, as análises de metagenômica ganharam um forte impulso e passaram a ser aplicadas para diversas situações que requerem o rastreamento, monitoramento, análise, prospecção e identificação de microrganismos. Em 2018, a Fermentec realizou o maior estudo sobre metagenômica de bactérias contaminantes em processos de produção de etanol. Foram 22 usinas participante e cerca de 1.000 amostras analisadas.

As principais análises feitas na metagenômica são a da diversidade microbiana, que identifica e caracteriza a diversidade de microrganismos presentes em uma amostra sem depender do cultivo em laboratório; das funções genéticas e das vias metabólicas que estão ativas na comunidade microbiana.

A Metagenômica de bactérias e leveduras representa uma ferramenta poderosa e inovadora, abrindo novos horizontes na investigação da vida microbiana e suas implicações nas mais diversas áreas do conhecimento científico, auxiliando a detectar, identificar e monitorar bactérias e leveduras que afetam os processos de produção agrícola e industrial.

Como funciona uma pesquisa na metagenômica?

A análise é feita pelas seguintes etapas:

1 – Coleta de amostras: Amostras ambientais, como solo, água ou amostras biológicas, são coletadas para análise e devem ser preferencialmente congeladas o mais rápido possível do momento da sua coleta.

2 – Extração de DNA metagenômico: o DNA é extraído diretamente da amostra, capturando o material genético de todos os microrganismos presentes na amostra, sejam eles cultiváveis ou não. Isso permite detectar e determinar a presença de microrganismos que não são cultiváveis, exigem condições muito especiais para seu crescimento em laboratório, podem entrar em estágios de latência ou formar esporos que requerem condições especiais para sua ativação.

3 – Sequenciamento de DNA: o DNA extraído é sequenciado para a obtenção de informações sobre a composição genética da comunidade microbiana. Para amostras de vinho bruto, por exemplo, podem ser analisadas entre 5 mil e 50 mil fitas de DNA por amostra devido à abundância de bactérias. É um número muito expressivo e representativo se compararmos com 30 a 300 colônias em uma placa de Petri e “sem identificação”.

4 – Análise bioinformática: os dados de sequenciamento são analisados usando ferramentas bioinformáticas para identificar genes, vias metabólicas e outras características genéticas presentes na amostra. Atualmente, usamos a base de dados RefSeq para fazer as comparações.

O que é RefSeq?

Reference Sequence (RefSeq) fornece registros de sequência e informações relacionadas para vários organismos e microrganismos além de uma base para estudos médicos, funcionais e comparativos. O RefSeq é um conjunto não redundante de padrões de referência derivados de bancos de dados que incluem cromossomos, moléculas genômicas completas (organelas, vírus, plasmídeos), contigs genômicos, regiões genômicas, mRNAs, RNAs e proteínas. Em resumo, o RefSeq contém todos os genomas de referência disponíveis no National Center for Biotechnology Information (NCBI). A identificação dos microrganismos depende da comparação das sequências de DNA presentes nas amostras com material depositado em bancos de dados, como o NCBI.


Quanto ao sequenciamento, a análise de Metagenômica pode ser feita em sistemas de 2ª e 3ª geração. A Fermentec tem trabalhado com um laboratório parceiro que faz a análise de 3ª geração, baseada no uso da tecnologia nanopore. Ou seja, os resultados da Metagenômica das nossas análises baseiam-se em uma nanotecnologia que está entre as mais avançadas em uso comercial. São estas sequências de DNA que vão permitir a identificação dos microrganismos pelo RefSeq.

Intepretação dos resultados

A Metagenômica fornece resultados relativos, ou seja, de abundância ou frequência relativa das espécies de microrganismos presentes na amostra. Em muitas situações, temos uma miríade de espécies que estão presentes em proporções muito baixas, ou inferiores a 1%. Por isso, damos maior foco nas espécies que representam acima de 1% da população, exceto em casos especiais quando o microrganismo pode causar algum tipo de problema mesmo estando em baixas proporções na amostra. A proporção de cada táxon dentro dos níveis taxonômicos é calculada da seguinte forma:

Quantidade de amostra

Para a análise são necessários pequenos volumes, sendo 10 mL suficientes. De qualquer forma, para algumas unidades industriais temos recomendado enviar um volume maior de amostra (0,5 a 1 L) para que se mantenha mais tempo congelada durante o transporte.

Dúvidas frequentes

Existe alguma diferença na análise de bactérias e leveduras?

Sim. A análise de bactérias está baseada na sequência universal do 16S rDNA, enquanto que a de leveduras baseia-se nas sequências espaçadoras ITS (Internal Transcribed Spacer). Ambas as sequências funcionam como um código de barras (“bar code”) para identificação e classificação dos microrganismos. Além disso, essas diferenças fazem com que uma análise não interfira na outra.

Qual a principal diferença entre Metagenômica e o cultivo tradicional de microrganismos?

A principal diferença está na forma de analisar os microrganismos. No cultivo tradicional, os microrganismos são isolados, cultivados e analisados individualmente. Na metagenômica fazemos a análise do coletivo; não é necessário cultivar nem isolar o microrganismo para fazer a sua identificação. Se for necessário isolar determinado microrganismo, a técnica de metagenômica deve ser associada com a do cultivo, já que a metagenômica vai destruir o microrganismo para analisar o DNA.

E se o microrganismo já estiver morto, isso pode interferir no resultado da Metagenômica?

Sim, não podemos deixar de considerar essa observação. Mesmo se o microrganismo estiver morto, a metagenômica vai detectar o DNA se estiver intacto. De outro lado, é importante lembrarmos que quando um microrganismo morre, as hidrolases continuam ativas e o DNA acaba sendo hidrolisado ou destruído pelas enzimas da própria célula. De qualquer forma, o especialista em metagenômica sempre avalia as condições e informações sobre a amostra para poder fazer uma análise segura.

Esta entrada foi publicada em Tecnologia e marcada com a tag , , , . Adicione o link permanente aos seus favoritos.

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *