Cercetătorii au folosit noua conductă de sondare cu izotopi stabili de mare debit (HT-SIP) și metagenomică pentru a obține prima privire asupra microbiomului activ din jurul unui simbiont de plantă benefic, ciuperci micorizale arbusculare (AMF). Credit: Lawrence Livermore National Laboratory
Conectarea identității microbilor sălbatici cu trăsăturile lor fiziologice și cu funcțiile de mediu este un obiectiv cheie pentru microbiologii de mediu. Dintre tehnicile care se străduiesc să atingă acest obiectiv, Stable Isotope Probing — SIP — este considerată cea mai eficientă pentru studierea microorganismelor active în medii naturale.
Oamenii de știință de la Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL) au dezvoltat o nouă tehnică - SIP de mare debit - care automatizează mai mulți pași în procesul de sondare a izotopilor stabili, permițând investigarea activității microbiene a microorganismelor în condiții realiste, fără a fi nevoie de cultivare în laborator.
În SIP, microbii activi sunt identificați prin încorporarea izotopilor stabili în biomasa lor. Este printre cele mai puternice metode din ecologia microbiană, deoarece poate identifica microbii activi și trăsăturile lor fiziologice (utilizarea substratului, biochimia celulară, metabolismul, creșterea, mortalitatea) în comunități complexe în condiții native.
În mod obișnuit, metoda SIP necesită o muncă practică substanțială și permite doar un număr mic de mostre. Dar noua tehnică LLNL necesită o șesime din cantitatea de muncă manuală în comparație cu SIP manual și permite procesarea a 16 mostre simultan.
„Abordarea noastră semi-automatizată scade timpul operatorului și îmbunătățește reproductibilitatea prin țintirea celor mai mari pași de muncă ai SIP”, a declarat Erin Nuccio, om de știință LLNL, și autorul principal al unei lucrări apărute în jurnalul Microbiome. „Am folosit acum această abordare pentru a procesa peste o mie de mostre, inclusiv unele din microhabitate de sol foarte puțin studiate.”
Un astfel de microhabitat este solul care înconjoară imediat țesuturile micorizelor - un tip de ciuperci care formează relații simbiotice cu 72% din toate plantele terestre. În schimbul carbonului vegetal, ciuperca (ciuperci micorizale arbusculare) furnizează gazdelor sale resurse esențiale, cum ar fi azot, fosfor și apă.
În acest studiu de dovadă a conceptului, autorii au arătat „rețeaua trofice” a interacțiunilor stimulate de ciupercile micorize din sol.
„Credem că aceasta este o cale majoră pentru modul în care carbonul vegetal este distribuit pe scară largă în sol. Solul deține cel mai mare bazin de carbon organic care circulă în mod activ pe planetă”, a declarat co-autorul corespondent Jennifer Pett-Ridge, care este liderul proiectului LLNL și șeful Biroului de Știință al Departamentului de Energie „Microbes Persist” Soil Microbiome Scientific Focus Area. . „Am secvențiat o cantitate mică de ADN, am determinat organismele active și apoi le-am reconstruit genomul și potențialele interacțiuni.”
Alți autori LLNL includ Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin, precum și cercetători de la Lawrence Berkeley National Laboratory, DOE Joint Genome Institute și Universitatea din California, Berkeley.