All'Università di Stanford, i ricercatori hanno utilizzato un nuovo sistema di analisi microfluidica per estrarre 29 nuovi genomi microbici (il set completo di materiale genetico) da campioni di due sorgenti termali del Parco Nazionale di Yellowstone. Hanno estratto i genomi pur preservando la risoluzione delle singole cellule, nel senso che sapevano da quali cellule proveniva il materiale genetico. Questo lavoro è stato reso possibile da una nuova tecnologia che divide il campione per consentire un'analisi accurata del materiale genetico di un microbo. Nello specifico, offre dettagli sulla funzione e sull'abbondanza del genoma. Il lavoro è stato reso possibile dall'Emerging Technology Opportunity Program, una parte del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti Joint Genome Institute (DOE JGI), una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE.

Questa nuova tecnologia illumina la "materia oscura" microbica, " informazioni genetiche dalla maggior parte della diversità microbica del pianeta che non sono state coltivate in laboratorio. Questi microbi vivono in luoghi diversi come sorgenti termali e deserti, sotto il ghiaccio antartico e nel drenaggio di miniere acide dai siti di Superfund. Gli strumenti in grado di determinare la genetica e il metabolismo dei microbi avranno applicazioni in campi che vanno dalla bioenergia alla biotecnologia alla ricerca ambientale.

Sono più di 50, 000 sequenze di genomi microbici nel database accessibile al pubblico dei genomi microbici integrati del JGI del DOE, e molti di questi sono stati scoperti utilizzando il sequenziamento metagenomico e la genomica di una singola cellula. Nonostante la loro utilità, queste tecniche di sequenziamento e genomica hanno dei limiti:le amplificazioni del genoma di una singola cellula richiedono molto tempo, spesso incompleto, e il sequenziamento metagenomico generalmente funziona meglio se il campione ambientale non è troppo complesso. In eLife, un team di ricercatori della Stanford University riporta lo sviluppo di un sistema basato sulla microfluidica, approccio mini-metagenomica per mitigare queste sfide. La tecnica inizia con la riduzione della complessità del campione ambientale separandolo, utilizzando la microfluidica, in 96 sottocampioni ciascuno con 5-10 celle. Quindi, i genomi nelle cellule di ciascun sottocampione vengono amplificati e vengono create librerie per il sequenziamento di questi mini-metagenomi. I sottocampioni più piccoli possono essere mantenuti alla risoluzione di una singola cella per analisi statistiche. I modelli di co-occorrenza da molti sottocampioni possono anche essere usati per eseguire il binning del genoma indipendente dalla sequenza. La tecnologia è stata sviluppata attraverso le risorse fornite dal programma Emerging Technologies Opportunity Program del DOE JGI, che è stato lanciato nel 2013.

L'obiettivo del programma Emerging Technologies Opportunity Program di JGI è utilizzare queste nuove tecnologie per affrontare le applicazioni energetiche e ambientali, aggiungendo valore al sequenziamento e all'analisi ad alto rendimento eseguiti per gli utenti DOE JGI. Il team ha convalidato la tecnica utilizzando una comunità microbica sintetica, e poi lo ha applicato a campioni delle sorgenti calde di Bijah e Mound nel Parco Nazionale di Yellowstone. Tra le loro scoperte c'era che i microbi di Mound Spring avevano un potenziale maggiore di produrre metano rispetto ai microbi di Bijah Spring. Hanno anche identificato un genoma microbico di Bijah Spring che potrebbe ridurre i nitriti in azoto. L'applicazione di questa nuova tecnologia a ulteriori siti di campionamento si aggiungerà alla gamma di capacità microbiche finora non caratterizzate con la potenziale applicabilità della missione DOE.