Výzkumníci použili nový vysoce výkonný stabilní izotopový sondovací systém (HT-SIP) a metagenomiku, aby získali první pohled na aktivní mikrobiom obklopující prospěšného rostlinného symbionta, arbuskulární mykorhizní houby (AMF). Kredit: Lawrence Livermore National Laboratory
Propojení identity divokých mikrobů s jejich fyziologickými rysy a environmentálními funkcemi je klíčovým cílem pro environmentální mikrobiology. Z technik, které usilují o tento cíl, je stabilní izotopové sondování – SIP – považováno za nejúčinnější pro studium aktivních mikroorganismů v přirozeném prostředí.
Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) vyvinuli novou techniku – vysoce výkonný SIP –, která automatizuje několik kroků v procesu stabilního izotopového sondování, což umožňuje zkoumání mikrobiální aktivity mikroorganismů za realistických podmínek, bez nutnosti laboratorní kultivace.
V SIP jsou aktivní mikroby identifikovány začleněním stabilních izotopů do jejich biomasy. Patří mezi nejúčinnější metody v mikrobiální ekologii, protože dokáže identifikovat aktivní mikroby a jejich fyziologické vlastnosti (použití substrátu, buněčná biochemie, metabolismus, růst, mortalita) v komplexních komunitách za přirozených podmínek.
Metoda SIP obvykle vyžaduje značnou praktickou práci a umožňuje pouze malý počet vzorků. Ale nová technika LLNL vyžaduje jednu šestinu množství praktické práce ve srovnání s manuálním SIP a umožňuje současné zpracování 16 vzorků.
"Náš poloautomatický přístup zkracuje čas operátora a zlepšuje reprodukovatelnost tím, že se zaměřuje na kroky SIP, které jsou nejnáročnější na práci," řekla vědecká pracovnice LLNL Erin Nuccio a hlavní autorka článku zveřejněného v časopise Microbiome. "Tento přístup jsme nyní použili ke zpracování více než tisíce vzorků, včetně některých z velmi málo prostudovaných půdních mikrohabitatů."
Jedním z takových mikrobiotopů je půda bezprostředně obklopující tkáně mykorhiz – typu hub, které tvoří symbiotické vztahy se 72 % všech suchozemských rostlin. Výměnou za rostlinný uhlík dodává houba (arbuskulární mykorhizní houby) svým hostitelům základní zdroje, jako je dusík, fosfor a voda.
V této studii proof of concept autoři ukázali „potravinovou síť“ interakcí stimulovaných mykorhizními houbami v půdě.
„Myslíme si, že toto je hlavní cesta, jak se rostlinný uhlík široce distribuuje do půdy. Půda obsahuje největší zásobárnu aktivně se cyklujícího organického uhlíku na planetě,“ řekla spolukorespondentka Jennifer Pett-Ridge, která je vedoucí projektu LLNL a vedoucí vědeckého zaměření vědecké oblasti půdního mikrobiomu na ministerstvu energetiky „Microbes Persist“. . "Sekvenovali jsme malé množství DNA, určili aktivní organismy a pak rekonstruovali jejich genomy a potenciální interakce."
Mezi další autory LLNL patří Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin a také výzkumníci z Lawrence Berkeley National Laboratory, DOE Joint Genome Institute a University of California, Berkeley.