De onderzoekers gebruikten de nieuwe high-throughput stable isotope probing (HT-SIP) pijplijn en metagenomics om de eerste blik te werpen op het actieve microbioom rond een nuttige plantensymbiont, arbusculaire mycorrhiza-schimmels (AMF). Krediet: Lawrence Livermore National Laboratory
Het koppelen van de identiteit van wilde microben aan hun fysiologische kenmerken en omgevingsfuncties is een belangrijk doel voor milieumicrobiologen. Van de technieken die dit doel nastreven, wordt Stable Isotope Probing (SIP) als de meest effectieve beschouwd voor het bestuderen van actieve micro-organismen in natuurlijke omgevingen.
Wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben een nieuwe techniek ontwikkeld - high-throughput SIP - die verschillende stappen in het proces van stabiel isotopenonderzoek automatiseert, waardoor onderzoek naar de microbiële activiteit van micro-organismen onder realistische omstandigheden mogelijk is, zonder dat laboratoriumkweek nodig is.
In SIP worden actieve microben geïdentificeerd door opname van stabiele isotopen in hun biomassa. Het is een van de krachtigste methoden in de microbiële ecologie, omdat het actieve microben en hun fysiologische kenmerken (substraatgebruik, cellulaire biochemie, metabolisme, groei, sterfte) kan identificeren in complexe gemeenschappen onder inheemse omstandigheden.
Doorgaans vereist de SIP-methode veel hands-on arbeid en is slechts een klein aantal monsters mogelijk. Maar de nieuwe LLNL-techniek vereist een zesde van de hoeveelheid hands-on arbeid in vergelijking met de handmatige SIP en maakt het mogelijk om 16 monsters tegelijkertijd te verwerken.
"Onze semi-geautomatiseerde aanpak verkort de operatortijd en verbetert de reproduceerbaarheid door zich te richten op de meest arbeidsintensieve stappen van SIP", zegt LLNL-wetenschapper Erin Nuccio en hoofdauteur van een artikel dat in het tijdschrift Microbiome verschijnt. "We hebben deze aanpak nu gebruikt om meer dan duizend monsters te verwerken, waaronder enkele van zeer onderbelichte bodemmicrohabitats."
Een van die microhabitats is de grond die direct de weefsels van mycorrhiza's omringt - een soort schimmels die symbiotische relaties aangaat met 72% van alle landplanten. In ruil voor plantenkoolstof voorziet de schimmel (arbusculaire mycorrhiza-schimmels) zijn gastheren van essentiële hulpbronnen zoals stikstof, fosfor en water.
In deze proof-of-conceptstudie toonden de auteurs het "voedselweb" van interacties gestimuleerd door mycorrhiza-schimmels in de bodem.
"We denken dat dit een belangrijke route is voor hoe plantkoolstof breed in de bodem wordt verspreid. De bodem heeft de grootste pool van actief circulerende organische koolstof op de planeet, "zei co-corresponderende auteur Jennifer Pett-Ridge, de LLNL-projectleider en hoofd van het Department of Energy's Office of Science "Microbes Persist" Soil Microbiome Scientific Focus Area . "We hebben een kleine hoeveelheid DNA gesequenced, de actieve organismen bepaald en vervolgens hun genomen en mogelijke interacties gereconstrueerd."
Andere LLNL-auteurs zijn Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin, evenals onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory, het DOE Joint Genome Institute en de University of California, Berkeley.