Forskerne brukte den nye høyhastighets stabile isotopprobing (HT-SIP) rørledningen og metagenomikk for å få det første blikket på det aktive mikrobiomet som omgir en gunstig plantesymbiont, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). Kreditt: Lawrence Livermore National Laboratory
Å knytte identiteten til ville mikrober med deres fysiologiske egenskaper og miljøfunksjoner er et sentralt mål for miljømikrobiologer. Av teknikkene som streber etter dette målet, regnes Stable Isotope Probing – SIP – som den mest effektive for å studere aktive mikroorganismer i naturlige omgivelser.
Forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har utviklet en ny teknikk - SIP med høy gjennomstrømning - som automatiserer flere trinn i prosessen med stabil isotopprobing, og tillater undersøkelser av mikrobiell aktivitet til mikroorganismer under realistiske forhold, uten behov for laboratoriedyrking.
I SIP identifiseres aktive mikrober via inkorporering av stabile isotoper i biomassen deres. Det er blant de kraftigste metodene innen mikrobiell økologi siden det kan identifisere aktive mikrober og deres fysiologiske egenskaper (substratbruk, cellulær biokjemi, metabolisme, vekst, dødelighet) i komplekse samfunn under innfødte forhold.
Vanligvis krever SIP-metoden betydelig praktisk arbeidskraft og tillater bare et lite antall prøver. Men den nye LLNL-teknikken krever en sjettedel av mengden praktisk arbeidskraft sammenlignet med manuell SIP og lar 16 prøver behandles samtidig.
"Vår semi-automatiserte tilnærming reduserer operatørtiden og forbedrer reproduserbarheten ved å målrette mot de mest arbeidskrevende trinnene i SIP," sa LLNL-forsker Erin Nuccio, og hovedforfatter av en artikkel som vises i tidsskriftet Microbiome. "Vi har nå brukt denne tilnærmingen til å behandle over tusen prøver, inkludert noen fra svært understuderte jordmikrohabitater."
Et slikt mikrohabitat er jorda som umiddelbart omgir vevet til mykorrhiza - en type sopp som danner symbiotiske forhold med 72 % av alle landplanter. I bytte mot plantekarbon forsyner soppen (arbuskulær mykorrhizal sopp) sine verter med essensielle ressurser som nitrogen, fosfor og vann.
I denne proof-of-konseptstudien viste forfatterne "næringsnettet" av interaksjoner stimulert av mykorrhizasopp i jord.
"Vi tror dette er en viktig vei for hvordan plantekarbon blir bredt distribuert i jord. Jord har den største poolen av aktivt sykling organisk karbon på planeten, sier medkorrespondent forfatter Jennifer Pett-Ridge, som er LLNL-prosjektleder og leder av Department of Energy's Office of Science "Microbes Persist" Soil Microbiome Scientific Focus Area . "Vi sekvenserte en liten mengde DNA, bestemte de aktive organismene og rekonstruerte deretter genomene deres og potensielle interaksjoner."
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.