Metatranskriptomik

Metatranskriptomik ist die Untersuchung der Gesamtheit der transkribierten Gene in einer Umweltprobe, um die aktiven metabolischen Prozesse eines mikrobiellen Gemeinschaftsgefüges zu erfassen. Sie zielt darauf ab, zu verstehen, welche Gene zu einem bestimmten Zeitpunkt exprimiert werden und wie biologische Funktionen in der Umwelt reguliert sind. Im Gegensatz zur Metagenomik, die das Potenzial beschreibt, erfasst die Metatranskriptomik geäußerte Gene und damit die aktuelle Aktivität der Gemeinschaft.

Typischer Arbeitsablauf umfasst Probenahme und Stabilisierung der RNA, Extraktion totaler RNA, Entfernung ribosomaler RNAs und ggf. Annotation, cDNA-Synthese und Erstellung von Bibliotheken, gefolgt von Hochdurchsatz-Sequenzierung (meist kurze Reads wie Illumina; auch long-read Plattformen wie PacBio oder Oxford Nanopore). Die Sequenzdaten dienen der Abbildung der exprimierten Transkripte auf Referenz-Genomen, ORFs oder Transkriptome, sowie der de novo-Assemblierung von Transkripten. Anschließend erfolgt die Quantifizierung der Expressionsniveaus (z. B. TPM, RPKM) und die funktionelle Annotierung (KEGG, COG, Pfam) sowie die taxonomische Zuordnung. In integrierten Ansätzen wird oft Metagenomik-Daten genutzt, um Gen-Potenzial mit Expression zu verknüpfen.

Anwendungen reichen von Ökosystemforschung (Boden, Ozean, Küstengewässer), Umweltmonitoring, Biogeochemie und der Untersuchung von Wirts-Mikrobiom-Beziehungen im Gastrointestinaltrakt, bis hin zu industriellen Prozessabläufen. Die Interpretation erlaubt, aktive Stoffwechselwege in der Gemeinschaft zu identifizieren und deren Reaktionen auf Umweltveränderungen zu beobachten.

Herausforderungen umfassen das schnelle Verfall von RNA, dominante rRNA, Bias durch Probenvorbereitung, Komplexität multi-organischer Transkriptionen, unvollständige Referenzdatenbanken und Schwierigkeiten, Expressionsdaten eindeutig taxonomisch zuzuordnen. Validierung, Replikation und Standardisierung sind wesentlich für belastbare Ergebnisse.