_ Noua metodă dezvăluie ascunse activitatea vieții sub pământ

O echipă de oameni de știință condusă de cercetătorii de la Bigelow Laboratory for Ocean Sciences a dezvoltat o metodă inovatoare pentru a lega genetica și funcția microbilor individuali care trăiesc fără oxigen adânc sub suprafața Pământului. Măsurarea ambelor atribute – și, mai important, legarea lor între ele – a fost mult timp o provocare în microbiologie, dar este esențială pentru înțelegerea rolului comunităților microbiene în procese globale precum ciclul carbonului.

Noua abordare. , dezvoltat la Centrul de genomică cu celulă unică al Laboratorului Bigelow, a permis cercetătorilor să descopere că o specie de bacterie consumatoare de sulfat nu era doar cel mai abundent, ci și cel mai activ organism dintr-un acvifer de apă subterană de sub Valea Morții, la aproape o jumătate de milă sub suprafață.

Descoperirile, publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences, arată cum această metodă poate fi un instrument puternic pentru a măsura cât de active sunt diferitele organisme în aceste medii extreme.

" Anterior, trebuia să presupunem că toate celulele funcționau în același ritm, dar acum putem vedea că există o gamă largă de niveluri de activitate între membrii individuali ai comunităților microbiene”, a spus cercetătorul și autorul principal al lucrării Melody Lindsay. . „Asta ne ajută să înțelegem de ce sunt capabile aceste comunități microbiene și cum ar putea influența acestea ciclurile biogeochimice globale.”

Studiul recent face parte dintr-un proiect mai amplu care leagă codul genetic al microbilor – modelul a ceea ce sunt capabili de – de ceea ce fac de fapt în orice moment.

Proiectul „Genomes to Phenomes” este o asociere între Laboratorul Bigelow, Institutul de Cercetare în Deșert și Universitatea din New Hampshire. Ea valorifică progresele recente în secvențierea genetică unicelulare cu o abordare creativă care aplică citometria în flux pentru a estima ratele proceselor, cum ar fi respirația, care au loc în acele celule.

Citometria în flux, o metodă de analiză a microbilor de mediu individuali. care a fost adaptat la Laboratorul Bigelow din științele biomedicale, a permis cercetătorilor să trimită rapid microbii vii din probele de apă din acvifer. Acei microbi au fost colorați cu un compus special proiectat care se aprinde sub laserul de citometrie în flux atunci când anumite reacții chimice au loc în interiorul celulei.

Relația dintre cât de mult fluoresce celula sub laser și viteza acestora. reacțiile au fost elaborate experimental cu culturi de celule crescute în laborator de studenții stagiari de la Laboratorul Bigelow și apoi aplicate pe probele din Valea Morții.

Odată ce celulele active au fost măsurate și izolate, echipa și-a secvențiat genomurile individuale. Cercetătorii au folosit, de asemenea, meta-transcriptomica, o metodă pentru a determina ce gene sunt exprimate în mod activ, și trasori de radioizotopi, o metodă mai tradițională de măsurare a activității în cadrul unei comunități microbiene. Acest lucru a fost făcut atât pentru a „verifica de două ori” rezultatele lor, cât și pentru a obține și mai multe informații despre legăturile dintre ceea ce acești microbi sunt capabili genetic și ceea ce fac ei de fapt.

Centrul de genomică cu celule unice este singura unitate analitică din lume care oferă această nouă tehnică cercetătorilor.

„Acest studiu a fost o oportunitate interesantă pentru echipa noastră de cercetare și SCGC de a ajuta la îmbunătățirea înțelegerii noastre asupra ecosistemelor microbiene imense și enigmatice din subteran”, a spus Cercetătorul principal al laboratorului Bigelow Ramunas Stepanauskas, directorul SCGC și investigatorul principal al proiectului.

Acest nou studiu se bazează pe prima demonstrație a acestei abordări pentru cuantificarea activității celulelor individuale. La sfârșitul anului 2022, echipa a publicat descoperiri privind microbii din apa de mare, arătând că o mică parte a microorganismelor este responsabilă pentru consumul de cea mai mare parte a oxigenului din ocean.

Cu această nouă lucrare, echipa extinde această metodă. pentru a arăta că poate fi folosit în medii cu biomasă scăzută cu microbi care nu se bazează pe oxigen. În probele prelevate din acviferul de sub suprafață din California, de exemplu, oamenii de știință au estimat că existau sute de celule pe mililitru de apă, în comparație cu milioane de celule într-un mililitru tipic de apă de suprafață.

„Noi A început cu organisme care respiră oxigen în ocean pentru că sunt puțin mai active, puțin mai ușor de sortat și mai ușor de crescut în laborator”, a spus Lindsay. „Dar respirația aerobă este doar un proces care este posibil în microbiologie, așa că am vrut să ne ramificăm dincolo de asta.”

Rezultatele au confirmat că bacteria Candidatus Desulforudis audaxviator nu a fost doar cel mai abundent microbi din acest mediu. , dar și cel mai activ, reducând sulfatul pentru energie. Ratele generale de activitate măsurate de echipa au fost scăzute în comparație cu mostrele de apă de mare din studiul anterior, dar au existat diferențe mari între cât de activi erau microbii individuali.

Echipa de cercetare lucrează acum pentru a-și aplica metoda de măsurare. alte reacții anaerobe, cum ar fi reducerea nitraților, și la noi medii, inclusiv sedimentele de-a lungul coastei Maine. Un proiect similar le permite, de asemenea, lui Lindsay și colegilor săi să testeze metoda în adâncul subteranului sub ocean.

„În acest moment, obținem toate aceste măsurători de puncte în întreaga lume și ele ajută înțelegem mai bine ce fac microbii, dar trebuie să o extindem”, a spus Lindsay. „Așadar, ne gândim cum să aplicăm această metodă în locuri noi, chiar și potențial pe alte planete, în moduri extinse.”

(Fluierul)