Метагено́мика — раздел молекулярной генетики, в котором изучается генетический материал, полученный из образцов окружающей среды. Метагеномика изучает набор генов всех микроорганизмов, находящихся в образце среды, — метагеном. Метагеномный анализ позволяет определить видовое разнообразие исследуемого образца без необходимости выделения и культивирования микроорганизмов.
Основным преимуществом использования метагеномного подхода является учёт не только культивируемых микроорганизмов, но и некультивируемых. Оказалось, что такие организмы вносят основной вклад в видовое разнообразие сообществ[1]. Метагеномика позволяет детально изучить разнообразие сообществ, а значит и выяснить механизмы их функционирования, определить метаболические взаимосвязи[2].
Широкое развитие метагеномики обусловлено распространением методов секвенирования нового поколения. Они позволяют получить последовательности практически всех генов каждого микроорганизма сообщества[3]. Так как цена на секвенирование ДНК падает с каждым днём, такой анализ становится всё более доступным.
Термин «метагеномика» (англ. metagenomics) впервые был употреблён Джо Хандельсман[англ.], Джоном Кларди[англ.], Робертом Гудманом[англ.], Шоном Брэди и другими в своей публикации 1998 года[4]. Термин «метагеном» возник из идеи, что набор генов, собранных из окружающей среды, можно анализировать подобно тому, как анализируют цельные геномы. Кевин Чен и Лайор Пэтчер[англ.] (исследователи из Университета Калифорнии, Беркли) определили метагеномику как «применение современных методов геномики без необходимости изолирования и лабораторного культивирования отдельных видов»[5].
Долгое время при секвенировании геномов микроорганизмов в качестве источников ДНК использовались, как правило, культуры одинаковых клеток. Однако ранние исследования, посвящённые метагеномике, показали, что во многих средах обитания присутствуют большие группы микроорганизмов, которые нельзя вырастить в лабораторной культуре и, следовательно, секвенировать их геномы. В этих ранних работах изучались последовательности 16S рРНК, которые довольно коротки, часто консервативны в пределах одного вида и, как правило, различаются от вида к виду. Многие последовательности 16S рРНК, найденные в разных средах обитания, нельзя было отнести ни к одному из культивируемых видов, что свидетельствует о существовании множества неизолированных микроорганизмов. Эти исследования показали, что всего лишь 1 % видов, обнаруживаемых в образце из окружающей среды, принадлежат к числу культивируемых[1].