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La metagenomica è un approccio basato sull'utilizzo di tecniche genomiche moderne per lo studio di comunità microbiche direttamente nel loro ambiente naturale, con il vantaggio di evitare il problema del prelevamento e coltivazione in laboratorio, attualmente viene applicata in ambienti acquatici e terricoli, ma vi sono anche approcci verso la metagenomica atmosferica [1].
Si basa sul sequenziamento del genoma di microrganismi di uno stesso luogo, la cui analisi effettuata nel proprio habitat naturale viene definita metagenoma, pionieri di questa tecnica sono stati Carl Woese e Norman Pace nel 1981. La maggior parte di questi organismi è di difficile coltivazione a causa delle loro particolari esigenze (temperature elevatissime, pressioni pari a quella dei fondali oceanici, concentrazioni saline alte, ecc). Non potendo coltivare queste forme di vita, occorre un prelievo nei siti in cui esse crescono attivamente.
Ad esempio, cercando un particolare microrganismo produttore di petrolio, occorre un carotaggio in un terreno dove sappiamo si trova un giacimento. Si estrae il DNA che è presente in tutto il campione e si avvia il sequenziamento. Saranno presenti genomi di svariati organismi (tra cui anche insetti e altre forme di vita), ma non interessa tanto andare a sequenziare un genoma in particolare, bensì solo identificare quel particolare gene produttore di petrolio. Questa tecnica ovviamente si può applicare anche per la ricerca di un nuovo antibiotico, di produttori di metano, etc.