Nowe narzędzia do badania drobnoustrojów zaangażowanych w procesy glebotwórcze
Ziemskie cykle węgla i azotu są kluczowe dla biosfery Ziemii i blisko powiązane z aktywnością mikrobiologiczną. Finansowany przez UE projekt DW_FDTP_UVA (Understanding functional drivers in two terrestrial key processes- nitrogen fixation and cellulose degradation- by a single cell approach) przybliżyło dwa kluczowe procesy mikrobiologiczne — degradację polimeryczna C i wiązanie azotu. Aby wskazać aktywne związki uczestniczące w tych dwóch procesach, do pomiaru aktywności pojedynczych komórek naukowcy połączyli metody biogeochemii, biologii molekularnej i technologii pojedynczych komórek, takie jak mikrospektroskopię Ramana i wysokiej rozdzielczości spektrometrię mas jonów wtórnych (NanoSIMS). Niemniej jak się okazało zastosowanie wspomnianych technik pojedynczych komórek w glebach jest niewielkie ze względu na rozproszenie komórek w dużym tle cząsteczkowym. W związku z powyższym naukowcy pracowali, aby opracować metody dające się zastosować w przypadku mikroorganizmów glebowych poprzez odseparowanie komórek od cząsteczek gleby i stężanie ich w celu uzyskania skutecznej analizy. Naukowcy zbadali wiązanie azotu w glebach leśnych i łąkowych, a także w interfazie gleba-roślina. Ich praca skupiała się na tych diazotrofach, gdyż ich różnorodność i wkład w proces wiązania azotu pozostaje w znacznym stopniu nieznany. W celu identyfikacji mikroorganizmów o genetycznej zdolności do wiązania azotu, naukowcy wykorzystali najnowszą technologię sekwencjonowania i przeprowadzili analizę bioinformatyczną funkcjonalnych genów odpowiadających za wiązanie azotu, takich jak reduktaza dinitrogenazy. Sposobem zbadania potencjału w wiązaniu azotu było zastosowanie jego rzadkiego i stabilnego izotopu — 15. Naukowcy badali także degradację celulozy i przystąpili do identyfikacji mikroorganizmów, które mają wkład w proces. W tym celu użyli celulozy oznaczonej rzadkim izotopem węgla 13 w różnych warunkach odżywczych poprzez różnicowanie zawartości gleby w węglu i azocie. Wyniki świadczyły o tym, że mikroorganizmy zmodyfikowane azotem charakteryzowały się najwyższym tempem aktywności degradacji celulozy w kompleksie celulolitycznym, w tym grzybach a także bakteriach. Dane te świadczą o wadze dostępności składników odżywczych w napędzaniu aktywności określonych mikroorganizmów w tych ważnych procesach biogeochemicznych. Prace realizowane przez konsorcjum w przyszłości będą koncentrować się na interakcji synergistycznej i współzawodnictwie pomiędzy różnymi mikroorganizmami glebowymi. Liczne techniki i narzędzia opracowane w ramach projektu DW_FDTP_UVA pomogą w tych działaniach.
Słowa kluczowe
Cykl azotowy, cykl węglowy, wiązanie azotowe, degradacja celulozy, DW_FDTP_UVA
