Экологические исследования сосредоточены на понимании того, как динамика на уровне популяции, например скорость роста конкретной популяции микробов, способствует процессам на уровне экосистемы. Экосистемные ученые, изучающие изменение климата, часто изучают роль микробов в углеродном цикле, например, поэтому знание того, насколько быстро они растут, является фундаментальным показателем для достижения этого понимания.
До сих пор, однако, у ученых не было возможности измерить скорость роста отдельных микробных популяций, кроме как путем изучения их в чистых культурах в чашке Петри. В отличие от более крупных организмов, таких как птицы, рыбы или млекопитающие, которые можно пометить и отслеживать с течением времени, отдельные виды микробов трудно эффективно изучать в их естественной среде.
Группа ученых из Центра наук об экосистемах и обществе Университета Северной Аризоны (Ecoss) и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) недавно объявила о крупном достижении в науке об экосистемах. Их исследование, опубликованное в журнале «Экосфера» под названием «Оценка динамики популяций отдельных таксонов в различных микробных сообществах», иллюстрирует новую мощную технику для одновременного измерения скорости роста сотен отдельных таксонов бактерий в любом заданном образце почвы.
Измерение скорости роста каждого микроба в образце окружающей среды имеет основополагающее значение для понимания того, какие организмы играют наиболее важную роль в естественных и искусственных средах, наиболее важных для людей, таких как естественные и сельскохозяйственные почвы, пресные воды и человеческого микробиома», - сказал ведущий автор Бен Кох, старший научный сотрудник Ecoss.
Этот проект стал результатом совместных усилий Стивена Блазевича и Дженнифер Петт-Ридж из LLNL, а также почти дюжины преподавателей Ecoss, сотрудников лабораторий, постдоков и студентов. Кох сотрудничал с доцентом-исследователем Полом Дейкстрой, профессором Regents и директором Ecoss Брюсом Хангейтом, профессорами Джейн Маркс и профессором Эгбертом Шварцем, научными сотрудниками Микаэлой Хайер и Ребеккой Мау, а также бывшими постдоками НАУ Терезой МакХью, Эмбер Моррисси и Наташей ван Гестель.
Новая методика на основе технологий, разработанных в НАУ
Этот новый метод измерения основан на технологии количественного зондирования стабильных изотопов (qSIP), разработанной Hungate. Добавив в почву редкие стабильные изотопы - индикаторы, содержащие тяжелый кислород (18O), - а затем секвенировав бактерии, содержащие этот индикатор, ученые смогли измерить рост микробов. Сотрудники Лаборатории экологической генетики и геномики НАУ (EnGGen) предоставили данные секвенирования, которые были пропущены через конвейер QIIME, разработанный доцентом Грегом Капорасо, директором Центра микробиома в Институте патогенов и микробиома (PMI) НАУ, для получения окончательного результата. полученные результаты.
«Сильные стороны NAU в этой области упростили проведение таких типов анализа, которые требуют продвинутой биоинформатики», - сказал Кох
Кох и его команда поделились этой техникой с другими исследователями из НАУ, и она уже является основным компонентом нескольких проектов, недавно получивших гранты, которые измеряют скорость роста организмов в различных условиях.
«Возможность измерять скорость роста отдельных видов микробов в среде, близкой к их естественной среде, - это большой шаг», - сказал Кох. «Теперь мы можем взять эту базовую модель и применить ее в самых разных ситуациях - например, для изучения бактерий в микробиоме живого животного или для изучения микроорганизмов в промышленных приложениях, таких как производство биоэнергии или даже на пивоваренном заводе. нет предела, когда мы думаем о том, как мы можем применить эту новую технику."