直到不久之前，宏基因組學研究還因為高費用、低流通量以及在應用Sanger-方法克隆步驟中出現的結果不準確而受到限制。而今借助于新一代序列測定方法即可獲得宏基因組樣品全面的圖像。
宏基因組學研究（metagenomics）是指研究一種復雜微生物群體在其生命空間的全部基因信息。研究的主要目的在于刻畫存在于樣品中的生物體的特征，并確定在其生命空間所起的作用。宏基因組學研究的樣品幾乎無處不在，例如在人體的各個部位、在土壤中、在極地生命空間例如南極、熱的噴泉或者海洋水層之中。
迄今為止，還沒有合適的方法能夠提供具有重現性的圖像來反映有關微生物方面和病毒學方面的生命共性、它們的新陳代謝方式以及它們的適應能力。憑借測序技術的進步，包括引入基因組測序儀FLX-系統，宏基因組學研究項目也呈現井噴式發展。由于流通量的改善以及放棄了歪曲結果的克隆步驟，應用范圍業已超越常規的16S-rRNA-基因分析法而得到更為廣泛的發展。基于基因測序儀-FLX-數據所發表的大量論文，諸如研究關于微生物的多樣性、關于生物體的確定構型、或關于病毒性病源體的證實，都說明了這一研究領域之廣闊。這種基因測序儀FLX-系統非常適合宏基因組學研究是有其原因的，因為它的長讀出寬度能夠保證高度的專屬性，這對于將測序結果與DNA-或者蛋白質數據庫進行比較從而獲得明確的類別檢測和基因確證來說是非常必要的。
環境中微生物的多樣性
宏基因組學研究是出于各種各樣的原因來進行的。比如可以是針對在其生命空間存在的生物體的瞬間攝錄，針對一種微生物在其生命空間新陳代謝作用的特性刻畫，或者是針對微生物群體對于改變其生命空間條件的反應分析。
近期報道了關于存在于海洋中的具有固氮作用的藍細菌（UCYN）的功能研究。早期的論文曾經指出，存在有一種自身種系發生的組合，針對其固氮酶基因（UCYN-A）主要是在白天而不是晚上進行實驗。這一反應對于藍細菌而言迄今尚未見諸報道。由于未能培養出物種，這種傳統式的研究受到很大的限制。借助于流動細胞儀的分類方法，按照其16S r RNA采用具GS-FLX-鈦系統（讀取寬度400bp）的Shotgun 序列測定法，對一海水樣品中的微生物建立了基因圖書館，能夠十倍地覆蓋從2 ~3 Mb龐大的UCYN-A基因組。
借助BLAST分析法和根據讀數的組成，發現總體固氮酶的簇位于一個重疊群上。對于產生氧氣的光子系統II或者對于固碳負責的基因序列則未出現。這一結果是對于游離生存、非光致變色生存的藍細胞的首次報道。這種在海洋中廣泛分布的物種并不進行光合作用、不產生氧氣的現象，可以幫助我們理解碳和氮的循環、光合作用的演變以及固氮過程。這種鑒定結果可能對于建立氣候變化的模型產生作用，因為氮氣對于海洋從大氣中吸收碳的能力可能發生影響，這正是我們在理解生物圈時所涉及的中心問題。
圖2. 基因組測序儀 FLX 系統可以借助高級的讀數寬度很好地用于宏基因組學研究。
人體中微生物的多樣性
當前宏基因組學研究最為廣泛的應用領域就是描述微生物的活性群體在人體中展示的特性。
人類的身體與這些微生物的交互反應有著依賴關系，它們起著不同的作用，例如在消化和免疫方面的作用。涉及項目計劃Microbiom-Initiative的主要目的在于回答這樣一個問題：是否在人體的某個特定的生命空間存在有一種可以確證的“核心微生物”，它們具有與全體或大部分人體相同的有機組成或基因。在一份實際研究中，涉及到將人體內的微生物生命群體通過對成年的單卵和雙卵雙胞胎以及他們母親的大便的DNA序列測定來加以研究。所有樣品均未出現超出0.5%部分的種系。即使是對那些具有代表性的種系而言，在所研究的大腸細菌中所占的份量也是變動的。這一結果反駁了關于存在于共同細菌群體基礎上的所謂“核心微生物”的假設。然而通過將所得到的測序數據與功能數據庫進行比較，卻發現了在所有樣品中都有共同的基因功能組和新陳代謝路徑。這一結果表明，相同的新陳代謝功能可以由不同種類的細菌所承擔。這一研究還清楚說明了在進行宏基因組學研究時，具有長的讀數寬度對于測序中物種的排定具有很大的價值。研究者比較了不同長度的讀數與GS-FLX-鈦系列具有400bp長的讀數，結果發現命中率與命中質量均隨著增高的讀數寬度而明顯提高。
宏基因組學研究在從受傳染的病人樣品中發現，病毒性致病細菌的工作中也顯示出很高的效能。在由雜志 New England Journal of Medicine以及 Science所發表的兩篇研究論文中，采用了基因測序儀FLX-系統的高通量測序來確證一種通過器官移植引發的新的沙粒病毒（Arenavirus），并確證發生在美國的蜂群死亡的潛在誘因。另一篇研究采用了相同的宏基因組測序法來確證一種新的埃博拉病毒（Ebolavirus），該病毒是2007年11月引發烏干達大規模出血熱傳染病的元兇。美國疾控中心的研究者曾經收到來自烏干達嫌疑疫區的29份需要立即進行分析的血樣，采用了高靈敏度的Real-Time-RT-PCR檢測方法，該方法曾經被成功地用來對來自扎伊爾和蘇丹地區所有已知的埃博拉病毒和馬爾堡病毒進行專屬性鑒定的方法，但是卻沒有發現受到這種埃博拉病毒實際感染的任何證明。采用基因測序儀FLX系統并運用在宏基因組學研究中建立的方法，對從病人血清中離析出來的RNA進行高通量測序，從而得到了有關一種新的病毒完整序列的第一個版本。對該結果的分析表明，這種新發現的病毒與那些已知的四種埃博拉病毒的類別并不相同，其下一代變體在核苷酸排序上顯示出32%的偏離。這種新發現的物種因瘟疫爆發地區而命名為埃博拉病毒，它可能是一種科特迪瓦埃博拉病毒的遠親。這種與已知物種之間強烈的差別顯示出這類病毒在其抗原性和病原體方面的明顯差異。這些研究成果將會在開發監測出血熱傳染病的醫藥制劑以及在開發這種疾病的有效治療手段上發揮重要作用。
宏基因轉錄組研究
宏基因組學研究擴大了人們對在環境中的基因表達的認識。在宏基因轉錄組領域中研究工作的增加，在很大程度上應該歸功于借助基因組測序儀 FLX系統對微生物活性群體的cDNA進行測序。宏基因轉錄組研究的魅力在于，可以對一種微生物的活性群體在環境條件改變時的反應進行實時觀察。一種新的研究涉及到應用宏基因組學研究和宏基因組學分析來研究海洋表層中微生物活性群體的基因表達。目前人類已經找到了在光合作用、固碳和吸納氮氣中起作用的基因，即那些在新陳代謝路徑和在公海中常有的基因。研究中所發現的50% 的基因都是在宏基因組中迄今尚未發現的基因類別。
借助于基因組測序儀 FLX系統可以獲得有關基因組樣品廣泛的圖像。無需克隆步驟即可進行高通量測序，而且可以提供進行微生物多樣性和微生物活性群體功能分析時所必需的較長的讀數寬度。