I ricercatori hanno utilizzato la nuova pipeline di sondaggio degli isotopi stabili ad alto rendimento (HT-SIP) e la metagenomica per dare un primo sguardo al microbioma attivo che circonda una pianta simbionte benefica, i funghi micorrizici arbuscolari (AMF). Credito: Laboratorio nazionale Lawrence Livermore
Collegare l’identità dei microbi selvatici con i loro tratti fisiologici e le funzioni ambientali è un obiettivo chiave per i microbiologi ambientali. Tra le tecniche che mirano a questo obiettivo, il sondaggio degli isotopi stabili (SIP) è considerato il più efficace per studiare i microrganismi attivi in ambienti naturali.
Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno sviluppato una nuova tecnica, il SIP ad alto rendimento, che automatizza diverse fasi del processo di sondaggio degli isotopi stabili, consentendo indagini sull'attività microbica dei microrganismi in condizioni realistiche, senza la necessità di colture di laboratorio.
Nel SIP, i microbi attivi vengono identificati tramite l'incorporazione di isotopi stabili nella loro biomassa. È tra i metodi più potenti nell'ecologia microbica poiché può identificare i microbi attivi e i loro tratti fisiologici (uso del substrato, biochimica cellulare, metabolismo, crescita, mortalità) in comunità complesse in condizioni native.
In genere, il metodo SIP richiede notevole manodopera e consente solo un numero limitato di campioni. Ma la nuova tecnica LLNL richiede un sesto della quantità di manodopera rispetto al SIP manuale e consente di elaborare simultaneamente 16 campioni.
“Il nostro approccio semiautomatico riduce il tempo dell’operatore e migliora la riproducibilità concentrandosi sulle fasi più laboriose del SIP”, ha affermato la scienziata della LLNL Erin Nuccio e autrice principale di un articolo apparso sulla rivista Microbiome. “Ora abbiamo utilizzato questo approccio per elaborare oltre un migliaio di campioni, inclusi alcuni provenienti da microhabitat del suolo molto poco studiati”.
Uno di questi microhabitat è il terreno che circonda immediatamente i tessuti delle micorrize, un tipo di fungo che forma relazioni simbiotiche con il 72% di tutte le piante terrestri. In cambio del carbonio vegetale, il fungo (funghi micorrizici arbuscolari) fornisce ai suoi ospiti risorse essenziali come azoto, fosforo e acqua.
In questo studio dimostrativo, gli autori hanno mostrato la “rete alimentare” delle interazioni stimolate dai funghi micorrizici nel suolo.
“Riteniamo che questo sia un percorso importante per il modo in cui il carbonio vegetale viene ampiamente distribuito nel suolo. Il suolo detiene la più grande riserva di carbonio organico che ricicla attivamente il pianeta", ha affermato l'autrice co-corrispondente Jennifer Pett-Ridge, che è a capo del progetto LLNL e capo dell'Ufficio scientifico "I microbi persistono" del Dipartimento di Energia. . “Abbiamo sequenziato una piccola quantità di DNA, determinato gli organismi attivi e quindi ricostruito i loro genomi e le potenziali interazioni”.
Altri autori della LLNL includono Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin, nonché ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory, del DOE Joint Genome Institute e dell'Università della California, Berkeley.