Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον νέο υψηλής απόδοσης σταθερό αγωγό ανίχνευσης ισοτόπων (HT-SIP) και τη μεταγονιδιωματική για να πάρουν την πρώτη ματιά στο ενεργό μικροβίωμα που περιβάλλει έναν ευεργετικό συμβιωτικό φυτό, τους αρβωτικούς μυκόρριζους μύκητες (AMF). Πίστωση: Lawrence Livermore National Laboratory
Η σύνδεση της ταυτότητας των άγριων μικροβίων με τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά και τις περιβαλλοντικές τους λειτουργίες είναι ένας βασικός στόχος για τους περιβαλλοντικούς μικροβιολόγους. Από τις τεχνικές που επιδιώκουν αυτόν τον στόχο, το Stable Isotope Probing — SIP — θεωρείται η πιο αποτελεσματική για τη μελέτη ενεργών μικροοργανισμών σε φυσικά περιβάλλοντα.
Οι επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore (LLNL) ανέπτυξαν μια νέα τεχνική - SIP υψηλής απόδοσης - που αυτοματοποιεί πολλά βήματα στη διαδικασία ανίχνευσης σταθερών ισοτόπων, επιτρέποντας έρευνες της μικροβιακής δραστηριότητας μικροοργανισμών υπό ρεαλιστικές συνθήκες, χωρίς την ανάγκη εργαστηριακής καλλιέργειας.
Στο SIP, τα ενεργά μικρόβια αναγνωρίζονται μέσω της ενσωμάτωσης σταθερών ισοτόπων στη βιομάζα τους. Είναι μια από τις πιο ισχυρές μεθόδους στη μικροβιακή οικολογία αφού μπορεί να αναγνωρίσει ενεργά μικρόβια και τα φυσιολογικά τους χαρακτηριστικά (χρήση υποστρώματος, κυτταρική βιοχημεία, μεταβολισμός, ανάπτυξη, θνησιμότητα) σε πολύπλοκες κοινότητες υπό γηγενείς συνθήκες.
Συνήθως, η μέθοδος SIP απαιτεί ουσιαστική πρακτική εργασία και επιτρέπει μόνο μικρό αριθμό δειγμάτων. Αλλά η νέα τεχνική LLNL απαιτεί το ένα έκτο της ποσότητας πρακτικής εργασίας σε σύγκριση με το χειροκίνητο SIP και επιτρέπει την ταυτόχρονη επεξεργασία 16 δειγμάτων.
«Η ημι-αυτοματοποιημένη προσέγγισή μας μειώνει τον χρόνο χειριστή και βελτιώνει την αναπαραγωγιμότητα στοχεύοντας τα πιο απαιτητικά βήματα του SIP», δήλωσε ο επιστήμονας του LLNL, Erin Nuccio, και επικεφαλής συγγραφέας μιας εργασίας που δημοσιεύεται στο περιοδικό Microbiome. «Έχουμε χρησιμοποιήσει αυτή την προσέγγιση για να επεξεργαστούμε περισσότερα από χίλια δείγματα, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων από μικροβιότοποι του εδάφους που δεν έχουν μελετηθεί πολύ καλά».
Ένας τέτοιος μικροβιότοπος είναι το έδαφος που περιβάλλει αμέσως τους ιστούς των μυκόρριζων —ένα είδος μυκήτων που σχηματίζει συμβιωτικές σχέσεις με το 72% όλων των φυτών της γης. Σε αντάλλαγμα για τον φυτικό άνθρακα, ο μύκητας (θαμβωτοί μυκόρριζοι μύκητες) προμηθεύει τους ξενιστές του με βασικούς πόρους όπως άζωτο, φώσφορο και νερό.
Σε αυτή τη μελέτη απόδειξης της ιδέας, οι συγγραφείς έδειξαν τον «τροφικό ιστό» των αλληλεπιδράσεων που διεγείρονται από μυκόρριζους μύκητες στο έδαφος.
«Πιστεύουμε ότι αυτή είναι μια σημαντική διαδρομή για το πώς ο φυτικός άνθρακας κατανέμεται ευρέως στο έδαφος. Το έδαφος έχει τη μεγαλύτερη δεξαμενή ενεργά ανακυκλούμενου οργανικού άνθρακα στον πλανήτη», είπε η συν-ανταποκρίτρια συγγραφέας Jennifer Pett-Ridge, η οποία είναι επικεφαλής του έργου LLNL και επικεφαλής του Γραφείου Επιστήμης του Τμήματος Ενέργειας «Microbes Persist» Soil Microbiome Scientific Focus Area . «Αναλύσαμε την αλληλουχία μιας μικροσκοπικής ποσότητας DNA, προσδιορίσαμε τους ενεργούς οργανισμούς και στη συνέχεια ανακατασκευάσαμε τα γονιδιώματά τους και τις πιθανές αλληλεπιδράσεις τους».
Άλλοι συγγραφείς του LLNL περιλαμβάνουν τους Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin καθώς και ερευνητές από το Lawrence Berkeley National Laboratory, το DOE Joint Genome Institute και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ.