Ny teknologi belyser mikrober, der ikke kan dyrkes i et laboratorium

På Stanford University, forskere har brugt et nyt mikrofluidisk analysesystem til at udtrække 29 nye mikrobielle genomer (det komplette sæt af genetisk materiale) fra prøver fra to varme kilder i Yellowstone National Park. De udtog genomerne, mens de stadig bevarede enkeltcelleopløsning, hvilket betyder, at de vidste, hvilke celler det genetiske materiale kom fra. Dette arbejde blev muliggjort af en ny teknologi, der deler prøven for at muliggøre nøjagtig analyse af en mikrobes genetiske materiale. Specifikt, det giver detaljer om genomets funktion og overflod. Arbejdet blev muliggjort af Emerging Technology Opportunity Program, en del af U.S. Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), en DOE Office of Science brugerfacilitet.

Denne nye teknologi belyser mikrobielt "mørkt stof, " genetisk information fra størstedelen af ​​planetens mikrobielle mangfoldighed, som ikke er blevet dyrket i et laboratorium. Disse mikrober lever på steder så forskellige som varme kilder og ørkener, under antarktisk is og i sur minedræning fra Superfund-steder. Værktøjer, der kan bestemme mikrobers genetik og stofskifte, vil have anvendelser inden for områder lige fra bioenergi til bioteknologi til miljøforskning.

Der er mere end 50, 000 mikrobielle genomsekvenser i DOE JGI's Integrated Microbial Genomes offentligt tilgængelige database, og mange af dem er blevet afsløret ved hjælp af metagenomisk sekventering og enkeltcellet genomik. På trods af deres anvendelighed, disse sekventerings- og genomiske teknikker har begrænsninger:enkeltcellede genom-amplifikationer er tidskrævende, ofte ufuldstændige, og metagenomisk sekventering fungerer generelt bedst, hvis miljøprøven ikke er for kompleks. I eLife, et team af forskere fra Stanford University rapporterer udviklingen af ​​en mikrofluidik-baseret, mini-metagenomics tilgang til at afbøde disse udfordringer. Teknikken starter med at reducere miljøprøvens kompleksitet ved at adskille den, ved hjælp af mikrofluidik, i 96 delprøver hver med 5 til 10 celler. Derefter, genomerne i cellerne i hver delprøve amplificeres, og der skabes biblioteker til sekventering af disse mini-metagenomer. De mindre delprøver kan holdes til enkeltcelleopløsning til statistiske analyser. Co-forekomst mønstre fra mange delprøver kan også bruges til at udføre sekvens-uafhængig genom binning. Teknologien blev udviklet gennem ressourcer leveret af DOE JGI's Emerging Technologies Opportunity Program, som blev lanceret i 2013.

Målet med JGI's Emerging Technologies Opportunity Program er at bruge disse nye teknologier til at tackle energi- og miljøapplikationer, tilføjer værdi til high-throughput sekventering og analyse, der udføres for DOE JGI-brugere. Holdet validerede teknikken ved hjælp af et syntetisk mikrobielt fællesskab, og derefter anvendt det på prøver fra Bijah og Mound varme kilder i Yellowstone National Park. Blandt deres resultater var, at mikroberne ved Mound Spring havde større potentiale til at producere metan end mikroberne fra Bijah Spring. De identificerede også et mikrobielt genom fra Bijah Spring, der kunne reducere nitrit til nitrogen. Anvendelse af denne nye teknologi på yderligere prøvesteder vil føje til rækken af ​​hidtil ukarakteriserede mikrobielle egenskaber med potentiel DOE-missionsanvendelse.