Các nhà nghiên cứu đã sử dụng quy trình thăm dò đồng vị ổn định thông lượng cao (HT-SIP) mới và metagenomics để có được cái nhìn đầu tiên về hệ vi sinh vật hoạt động xung quanh một loại nấm cộng sinh thực vật có lợi, nấm rễ cộng sinh (AMF). Nhà cung cấp hình ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore
Liên kết danh tính của các vi khuẩn hoang dã với đặc điểm sinh lý và chức năng môi trường của chúng là mục tiêu chính của các nhà vi sinh học môi trường. Trong số các kỹ thuật nhằm đạt được mục tiêu này, Thăm dò đồng vị ổn định—SIP—được coi là hiệu quả nhất để nghiên cứu các vi sinh vật hoạt động trong môi trường tự nhiên.
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã phát triển một kỹ thuật mới—SIP công suất cao—tự động hóa một số bước trong quá trình thăm dò đồng vị ổn định, cho phép nghiên cứu hoạt động của vi sinh vật trong điều kiện thực tế mà không cần nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.
Trong SIP, các vi khuẩn hoạt động được xác định thông qua việc kết hợp các đồng vị ổn định vào sinh khối của chúng. Đây là một trong những phương pháp mạnh mẽ nhất trong hệ sinh thái vi sinh vật vì nó có thể xác định các vi khuẩn hoạt động và đặc điểm sinh lý của chúng (sử dụng cơ chất, sinh hóa tế bào, trao đổi chất, tăng trưởng, tỷ lệ tử vong) trong các cộng đồng phức tạp trong điều kiện tự nhiên.
Thông thường, phương pháp SIP đòi hỏi lao động thực hành đáng kể và chỉ cho phép lấy một số lượng nhỏ mẫu. Nhưng kỹ thuật LLNL mới yêu cầu lượng lao động thực hành bằng 16/XNUMX so với SIP thủ công và cho phép xử lý đồng thời XNUMX mẫu.
Nhà khoa học LLNL Erin Nuccio, đồng thời là tác giả chính của bài báo đăng trên tạp chí Microbiome, cho biết: “Phương pháp bán tự động của chúng tôi giúp giảm thời gian vận hành và cải thiện khả năng tái tạo bằng cách nhắm mục tiêu vào các bước sử dụng nhiều lao động nhất của SIP”. “Hiện tại, chúng tôi đã sử dụng phương pháp này để xử lý hơn một nghìn mẫu, bao gồm một số mẫu từ môi trường sống vi mô trong đất chưa được nghiên cứu kỹ càng”.
Một môi trường sống vi mô như vậy là đất ngay xung quanh các mô của mycorrhizae—một loại nấm hình thành mối quan hệ cộng sinh với 72% tổng số thực vật trên đất liền. Để đổi lấy carbon thực vật, nấm (nấm mycorrhizal) cung cấp cho vật chủ những nguồn tài nguyên thiết yếu như nitơ, phốt pho và nước.
Trong nghiên cứu chứng minh khái niệm này, các tác giả đã chỉ ra “mạng lưới thức ăn” gồm các tương tác được kích thích bởi nấm rễ cộng sinh trong đất.
“Chúng tôi nghĩ rằng đây là con đường chính giúp carbon thực vật được phân bổ rộng rãi vào đất. Đất chứa lượng carbon hữu cơ luân chuyển tích cực lớn nhất trên hành tinh,” đồng tác giả Jennifer Pett-Ridge, người đứng đầu dự án LLNL và người đứng đầu Văn phòng Khoa học “Vi khuẩn tồn tại” của Bộ Năng lượng cho biết. . “Chúng tôi đã giải trình tự một lượng nhỏ DNA, xác định các sinh vật hoạt động và sau đó tái tạo lại bộ gen của chúng cũng như các tương tác tiềm năng.”
Các tác giả LLNL khác bao gồm Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin cũng như các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, Viện gen chung DOE và Đại học California, Berkeley.