Новая методика, разработанная исследователями из Университета штата Северная Каролина и Университета Калгари, позволяет более глубоко изучить метаболизм и физиологию внутри микробных сообществ - микроскопических форм жизни, таких как бактерии, вирусы и другие крошечные формы жизнь в наших телах и во всей природе. В частности, новый метод обеспечивает более прямой способ определить, какой источник пищи или субстрат съел определенный микроб.
Исследователи используют масс-спектрометр для измерения с очень высокой точностью массы молекул, полученных из микробов в сообществе. Затем они используют недавно разработанную программу, которая позволяет им связывать микробы с их субстратами.
Основой для соединения микроба и субстрата являются так называемые отношения стабильных изотопов углерода - соотношения между встречающимися в природе формами углерода с разной массой. Природа содержит как углерод-12, наиболее распространенную форму, так и углерод-13, в котором на один нейтрон больше, чем в углероде-12. Каждый материал имеет очень специфическое соотношение этих двух изотопов, которое, по сути, можно использовать в качестве отпечатка пальца или подписи материала. Новый алгоритм связывает соотношение изотопов углерода в субстратах, доступных микробам в данной среде, с соотношениями, обнаруживаемыми в самих микробах.
Мануэль Кляйнер, доцент кафедры биологии растений и микробов штата Северная Каролина и соответствующий автор статьи, в которой сообщается об исследовании, говорит, что понимание микробных сообществ необходимо для лучшего понимания здоровья и болезней животных и растений, поскольку а также важные экологические процессы, такие как разложение органических веществ и круговорот питательных веществ в почвах и океанах.
«Наш метод основан на концепции, что вы - это то, что вы едите», - сказал Кляйнер. «Если есть источник пищи с определенной изотопной сигнатурой, и мы находим микроб с такой же конкретной изотопной сигнатурой, мы можем установить связь между ними. Аналогичный метод фактически используется археологическими антропологами, которые могут определить тип диеты. человек ел, анализируя соотношение изотопов в волосах или фрагментах костей."
Человеческие волосы имеют решающее значение для работы техники. Кляйнер удивил своего парикмахера, уложив волосы после стрижки в мешок.
«Мы должны исправить определенную ошибку, возникающую во время масс-спектрометрии, с помощью калибровочного стандарта. Как оказалось, человеческий волос - отличный материал для калибровки нашего прибора», - сказал Кляйнер.
Для тестирования нового алгоритма исследователи взяли 20 образцов чистой культуры и показали, что программное обеспечение обеспечивает измерения, соответствующие стандартам масс-спектрометрии. Исследователи также собрали сложные образцы с различными микроорганизмами и проверили индивидуальные признаки разных видов в сложном сообществе. Наконец, исследователи изучили морского червя без кишки, в котором обитает ряд бактерий, и использовали программное обеспечение для проверки метаболизма этих симбиотических отношений.
Кляйнер добавил, что все данные исследования находятся в открытом доступе, поэтому другие исследователи могут тестировать и использовать новое программное обеспечение.