Forskerne brugte den nye high-throughput stabil isotope probing (HT-SIP) pipeline og metagenomics til at få det første kig på det aktive mikrobiom, der omgiver en gavnlig plantesymbiont, arbuscular mycorrhizal svampe (AMF). Kredit: Lawrence Livermore National Laboratory
At forbinde vilde mikrobers identitet med deres fysiologiske egenskaber og miljøfunktioner er et centralt mål for miljømikrobiologer. Af de teknikker, der stræber efter dette mål, anses Stable Isotope Probing-SIP-som den mest effektive til at studere aktive mikroorganismer i naturlige omgivelser.
Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere har udviklet en ny teknik - high-throughput SIP - der automatiserer flere trin i processen med stabil isotop-probing, hvilket muliggør undersøgelser af mikrobiel aktivitet af mikroorganismer under realistiske forhold uden behov for laboratoriedyrkning.
I SIP identificeres aktive mikrober via inkorporering af stabile isotoper i deres biomasse. Det er blandt de mest kraftfulde metoder inden for mikrobiel økologi, da det kan identificere aktive mikrober og deres fysiologiske træk (substratbrug, cellulær biokemi, metabolisme, vækst, dødelighed) i komplekse samfund under indfødte forhold.
Typisk kræver SIP-metoden betydelig praktisk arbejdskraft og tillader kun et lille antal prøver. Men den nye LLNL-teknik kræver en sjettedel af mængden af praktisk arbejdskraft sammenlignet med den manuelle SIP og tillader, at 16 prøver behandles samtidigt.
"Vores semi-automatiserede tilgang reducerer operatørtiden og forbedrer reproducerbarheden ved at målrette mod de mest arbejdskrævende trin i SIP," sagde LLNL-forsker Erin Nuccio, og hovedforfatter på et papir, der vises i tidsskriftet Microbiome. "Vi har nu brugt denne tilgang til at behandle over tusinde prøver, inklusive nogle fra meget undersøgte jordmikrohabitater."
Et sådant mikrohabitat er jorden, der umiddelbart omgiver mykorrhizas væv - en type svampe, der danner symbiotiske forhold med 72% af alle landplanter. I bytte for plantekulstof forsyner svampen (arbuskulære mykorrhizasvampe) sine værter med essentielle ressourcer som nitrogen, fosfor og vand.
I denne proof-of concept-undersøgelse viste forfatterne "fødevævet" af interaktioner stimuleret af mykorrhizasvampe i jorden.
"Vi mener, at dette er en vigtig vej for, hvordan plantekulstof bliver bredt fordelt i jorden. Jord rummer den største pulje af aktivt cyklende organisk kulstof på planeten," sagde den medkorresponderende forfatter Jennifer Pett-Ridge, som er LLNL-projektleder og leder af Department of Energy's Office of Science "Microbes Persist" Soil Microbiome Scientific Focus Area . "Vi sekventerede en lille mængde DNA, bestemte de aktive organismer og rekonstruerede derefter deres genomer og potentielle interaktioner."
Andre LLNL-forfattere inkluderer Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin samt forskere fra Lawrence Berkeley National Laboratory, DOE Joint Genome Institute og University of California, Berkeley.