Nowatorska technika oddziela żywe (iDNA) i martwe (eDNA) drobnoustroje DNAumożliwiając precyzyjną analizę życia drobnoustrojów na pustyni Atakama. Metoda ta ujawnia aktywne drobnoustroje i oferuje nowy wgląd w ekstremalne ekosystemy.
Pustynia Atakama, rozciągająca się wzdłuż wybrzeża Pacyfiku w Chile, jest najsuchszym miejscem na Ziemi i ze względu na skrajną suchość jest niegościnna dla większości form życia. Jednak nie wszystko ulega surowym warunkom – badania piaszczystej gleby pustyni pozwoliły odkryć różnorodne społeczności drobnoustrojów. Badanie roli mikroorganizmów w takich środowiskach jest jednak wyzwaniem, ponieważ trudno jest odróżnić materiał genetyczny żywych drobnoustrojów od martwych.
Nowa technika separacji może pomóc badaczom skoncentrować się na żywej części społeczności. W artykule niedawno opublikowanym w czasopiśmie AplikacjaIed i Mikrobiologia Środowiskowa, międzynarodowy zespół naukowców opisuje nowy sposób oddzielania materiału genetycznego zewnątrzkomórkowego (eDNA) od wewnątrzkomórkowego (iDNA). Metoda ta zapewnia lepszy wgląd w życie drobnoustrojów w środowiskach o niskiej zawartości biomasy, co wcześniej nie było możliwe w przypadku konwencjonalnych metod ekstrakcji DNA, powiedział dr Dirk Wagner, geomikrobiolog w Niemieckim Centrum Badań Naukowych GFZ w Poczdamie, który kierował badaniem badanie.
Badania na pustyni Atakama
Mikrobiolodzy zastosowali nowatorskie podejście na próbkach gleby Atacama pobranych z pustyni na pasie z zachodu na wschód, od krawędzi oceanu do podnóża Andów. Ich analizy ujawniły różnorodność żywych i prawdopodobnie aktywnych drobnoustrojów na najbardziej suchych obszarach. Lepsze zrozumienie eDNA i iDNA, powiedział Wagner, może pomóc naukowcom w badaniu wszystkich procesów mikrobiologicznych.
„Mikroby są pionierami kolonizującymi tego rodzaju środowisko i przygotowującymi grunt pod następną serię życia” – powiedział Wagner. Procesy te, powiedział, nie ograniczają się do pustyni. „Może to również dotyczyć nowego terenu powstałego po trzęsieniach ziemi lub osunięciach ziemi, gdzie masz mniej więcej taką samą sytuację, podłoże mineralne lub skalne”.
Większość dostępnych na rynku narzędzi do ekstrakcji DNA z gleby pozostawia mieszaninę żywych, uśpionych i martwych komórek mikroorganizmów, powiedział Wagner. „Jeśli wyodrębnisz całe DNA, otrzymasz DNA z żywych organizmów, a także DNA, które może reprezentować organizmy, które właśnie umarły lub wymarły dawno temu”. Sekwencjonowanie metagenomiczne tego DNA może ujawnić określone drobnoustroje i procesy mikrobiologiczne. Wymaga to jednak wystarczającej ilości DNA dobrej jakości, dodał Wagner, „co często stanowi wąskie gardło w środowiskach o niskiej biomasie”.
Wyzwania związane z konwencjonalną ekstrakcją DNA
Aby zaradzić temu problemowi, on i jego współpracownicy opracowali proces filtrowania nienaruszonych komórek z mieszaniny, pozostawiając w osadzie fragmenty genetyczne eDNA pozostałe po martwych komórkach. Obejmuje wiele cykli delikatnego płukania, powiedział. W testach laboratoryjnych odkryli, że po 4 powtórzeniach prawie całe DNA w próbce zostało podzielone na 2 grupy.
Kiedy badali glebę z pustyni Atakama, we wszystkich próbkach, zarówno w grupach eDNA, jak i iDNA, znaleźli Actinobacteria i Proteobacteria. Nie jest to zaskakujące, powiedział Wagner, ponieważ żywe komórki stale uzupełniają zapasy iDNA, gdy umierają i ulegają degradacji. „Jeśli społeczność jest naprawdę aktywna, następuje ciągła rotacja, co oznacza, że obie pule powinny być do siebie bardziej podobne” – stwierdził. W próbkach pobranych z głębokości mniejszej niż 5 centymetrów odkryli, że w grupie iDNA dominowały bakterie Chloroflexota.
Wagner powiedział, że w przyszłych pracach planuje przeprowadzić sekwencjonowanie metagenomiczne próbek iDNA, aby lepiej zrozumieć działanie drobnoustrojów i zastosować to samo podejście do próbek z innych wrogich środowisk. Badając iDNA, powiedział, „można uzyskać głębszy wgląd w naprawdę aktywną część społeczności”.
Odniesienie: „Wewnątrz pustyni Atacama: odkrywanie żywego mikrobiomu ekstremalnego środowiska” autorstwa Alexandra Bartholomäusa, Steffi Genderjahn, Kai Mangelsdorfa, Beate Schneider, Pedro Zamorano, Samuela P. Kounavesa, Dirka Schulze-Makucha i Dirka Wagnera, 14 listopada 2024 r., Mikrobiologia stosowana i środowiskowa.
DOI: 10.1128/aem.01443-24
