À l'Université de Stanford, les chercheurs ont utilisé un nouveau système d'analyse microfluidique pour extraire 29 nouveaux génomes microbiens (l'ensemble complet de matériel génétique) à partir d'échantillons de deux sources chaudes du parc national de Yellowstone. Ils ont extrait les génomes tout en préservant la résolution unicellulaire, ce qui signifie qu'ils savaient de quelles cellules provenait le matériel génétique. Ce travail a été rendu possible grâce à une nouvelle technologie qui divise l'échantillon pour permettre une analyse précise du matériel génétique d'un microbe. Spécifiquement, il offre des détails sur la fonction et l'abondance du génome. Le travail a été rendu possible grâce au Programme d'opportunités technologiques émergentes, une partie du US Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), une installation utilisateur du DOE Office of Science.

Cette nouvelle technologie illumine la « matière noire, " des informations génétiques provenant de la majorité de la diversité microbienne de la planète qui n'ont pas été cultivées en laboratoire. Ces microbes vivent dans des endroits aussi divers que les sources chaudes et les déserts, sous la glace de l'Antarctique et dans le drainage minier acide des sites Superfund. Les outils qui peuvent déterminer la génétique et le métabolisme des microbes auront des applications dans des domaines allant de la bioénergie à la biotechnologie en passant par la recherche environnementale.

Il y en a plus de 50, 000 séquences de génomes microbiens dans la base de données accessible au public des génomes microbiens intégrés du DOE JGI, et beaucoup d'entre eux ont été découverts à l'aide du séquençage métagénomique et de la génomique unicellulaire. Malgré leur utilité, ces techniques de séquençage et de génomique ont des limites :les amplifications de génomes monocellulaires sont chronophages, souvent incomplète, et le séquençage métagénomique fonctionne généralement mieux si l'échantillon environnemental n'est pas trop complexe. Dans eLife, une équipe de chercheurs de l'Université de Stanford rapporte le développement d'un système basé sur la microfluidique, approche mini-métagénomique pour atténuer ces défis. La technique commence par réduire la complexité de l'échantillon environnemental en le séparant, en utilisant la microfluidique, en 96 sous-échantillons de 5 à 10 cellules chacun. Puis, les génomes des cellules de chaque sous-échantillon sont amplifiés et des bibliothèques sont créées pour le séquençage de ces mini-métagénomes. Les sous-échantillons plus petits peuvent être maintenus à une résolution à cellule unique pour les analyses statistiques. Les modèles de co-occurrence de nombreux sous-échantillons peuvent également être utilisés pour effectuer un binning génomique indépendant de la séquence. La technologie a été développée grâce aux ressources fournies par le programme Emerging Technologies Opportunity du DOE JGI, qui a été lancé en 2013.

L'objectif du programme d'opportunités de technologies émergentes de JGI est d'utiliser ces nouvelles technologies pour s'attaquer aux applications énergétiques et environnementales, ajoutant de la valeur au séquençage et à l'analyse à haut débit effectués pour les utilisateurs du DOE JGI. L'équipe a validé la technique en utilisant une communauté microbienne synthétique, puis appliqué à des échantillons des sources chaudes de Bijah et Mound dans le parc national de Yellowstone. L'une de leurs découvertes était que les microbes de Mound Spring avaient un potentiel plus élevé de production de méthane que les microbes de Bijah Spring. Ils ont également identifié un génome microbien de Bijah Spring qui pourrait réduire les nitrites en azote. L'application de cette nouvelle technologie à des sites d'échantillonnage supplémentaires ajoutera à la gamme de capacités microbiennes jusqu'ici non caractérisées avec une applicabilité potentielle aux missions du DOE.