Biosfääriä hallitsevat mikro-organismit, mutta suurinta osaa mikrobeista ei ole tutkittu tieteellisesti. Useat viime vuosikymmenen aikana tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että suurin osa missä tahansa elinympäristössä olevista bakteereista on edelleen viljelemättömiä. Näin ollen metagenomiikka, viljelystä riippumaton menetelmä, on noussut tehokkaaksi välineeksi, joka antaa paremman käsityksen yhteisön rakenteesta ja niiden fysiologisesta merkityksestä ekosysteemissä. Metagenomiikka on mikro-organismipopulaation genomianalyysi joko funktionaaliseen geenisekvenssiin perustuvalla geenisekvenssin tunnistamisella (funktionaalinen metagenomiikka) tai sekvenssipohjaisella funktion tunnistamisella (sekvenssimetagenomiikka). Aluksi korkeat sekvensointikustannukset mahdollistivat metagenomiikan laajentamisen vain uusien geenien tai polkujen tunnistamiseen funktionaalisen metagenomiikan lähestymistavan avulla. Edullisten seuraavan sukupolven sekvensointialustojen käyttöönotto on nopeuttanut metagenomisten sekvensointihankkeiden vauhtia ja mahdollistanut erilaisten mikrobiomien geneettisen viitekehyksen purkamisen ja täyttänyt tietokannat valtavilla metagenomisilla tietokokonaisuuksilla. On tullut haasteeksi suodattaa kohina pois näistä valtavista tietokokonaisuuksista, jotta voidaan purkaa mikrobiomin rakenne ja ennustaa mikrobiomin toimintaa tutkittavan ekosysteemin kilpailussa. Näin ollen kehitettiin useita itsenäisiä tai online-ohjelmistojen analyysiputkia, joiden avulla tutkijat voivat hakea merkittävää biologista tietoa rajoitetussa ajassa. Tässä luvussa keskitytään metagenomiseen viitekehykseen, metagenomisiin sovelluksiin ja käytettävissä oleviin tietotulkintatyökaluihin metagenomisten tietokokonaisuuksien analysoimiseksi. Tämän luvun sisältö rikastuttaa metagenomiikkaan perustuvia tieteellisiä löytöjä suunnittelevien nuorten tutkijoiden tieteellistä ymmärrystä.