Конвейер для анализа отдельных клеток из почвенных образцов
Ученые разработали процесс подготовки почвенных проб для методов анализа на уровне отдельных клеток, чтобы исследовать функции некультивируемых микроорганизмов в естественных условиях.
Этот процесс позволяет эффективно анализировать микробную активность на уровне отдельных клеток в почвенных системах. Это поможет в изучении того, как некультивируемое большинство почвенных микробов влияет на глобальные циклы углерода и азота.
Одна горсть почвы содержит множество микроорганизмов. Характеристика каждого из них и понимание их взаимодействия друг с другом и влияния на глобальные циклы — это вызовы, которые пытаются решить исследователи. Чтобы помочь преодолеть эти препятствия, Объединенный институт генома Министерства энергетики США (DOE JGI) запустил в 2013 году Программу возможностей новых технологий (ETOP). В рамках ETOP разрабатываются новые технологии, которые добавляют ценности возможностям секвенирования и анализа, уже предоставляемым DOE JGI для энергетических и экологических приложений.
Из шести одобренных в 2013 году предложений ETOP одно было посвящено разработке подходов для высокопроизводительного секвенирования и характеристики отдельных микробных клеток из сложных природных образцов. В результате этого предложения появилось исследование, опубликованное 31 августа 2015 года в FEMS Microbiology Ecology учеными из Венского университета и DOE JGI. В нем описан конвейер для эффективной подготовки клеточных экстрактов из почв для последующих методов анализа отдельных клеток, таких как масс-спектрометрия вторичных ионов высокого разрешения (NanoSIMS) или рамановская микроспектроскопия.
- NanoSIMS использовалась для изучения функций некультивируемых микробов in situ в их естественной среде.
- Рамановская микроспектроскопия, позволяющая изучать молекулярный состав образца, применялась для характеристики структуры почвы или содержания минералов.
- Ни один из этих методов ранее не применялся для изучения некультивируемых микробов в почвах.
Цель исследования, как сообщила команда, заключалась в разработке рабочего процесса для эффективного применения NanoSIMS и рамановской микроспектроскопии к почвенным микроорганизмам и оценке потенциала и ограничений экспериментов по инкубации почв со стабильными изотопами в сочетании с этими методами.
Методология:
- Использовались почвенные образцы из двух локаций в Австрии: букового леса и альпийских лугов.
- После отделения клеток от почвенных частиц команда инкубировала клетки со стабильными изотопно-мечеными субстратами.
- Затем клетки готовили для анализа с помощью NanoSIMS и рамановской микроспектроскопии.
Основная задача — уменьшить количество почвенных частиц в образцах для более эффективного анализа отдельных клеток.
Результаты:
- Восстановление клеток: Процент извлечения был выше для клеток, предварительно фиксированных формальдегидом, по сравнению с нефиксированными клетками.
- Эффективность метода: Метод отделения клеток хорошо зарекомендовал себя, позволив визуализировать клетки с помощью обоих методов анализа (NanoSIMS и рамановская микроспектроскопия).
Эта работа развивает ранее опубликованные исследования той же команды, в которых были проведены пробные эксперименты для доказательства концепции.