นักวิจัยใช้ไปป์ไลน์ไอโซโทปเสถียรความเร็วสูง (HT-SIP) ใหม่และเมตาโกโนมิกส์เพื่อรับข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับไมโครไบโอมที่ทำงานอยู่รอบ ๆ ซิมเบียนต์พืชที่เป็นประโยชน์ เชื้อราอาร์บูคูลาร์ไมคอไรซา (AMF) เครดิต: Lawrence Livermore National Laboratory
การเชื่อมโยงเอกลักษณ์ของจุลินทรีย์ป่ากับลักษณะทางสรีรวิทยาและการทำงานของสิ่งแวดล้อมเป็นเป้าหมายหลักสำหรับนักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม ในบรรดาเทคนิคต่างๆ ที่มุ่งสู่เป้าหมายนี้ Stable Isotope Probing—SIP—ถือว่ามีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการศึกษาจุลินทรีย์ที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ
นักวิทยาศาสตร์ของ Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ได้พัฒนาเทคนิคใหม่—SIP ปริมาณงานสูง—ซึ่งดำเนินการหลายขั้นตอนในกระบวนการตรวจสอบไอโซโทปเสถียรโดยอัตโนมัติ ทำให้สามารถตรวจสอบกิจกรรมของจุลินทรีย์ของจุลินทรีย์ภายใต้สภาวะที่เป็นจริง โดยไม่ต้องเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ
ใน SIP จุลินทรีย์ที่ใช้งานจะถูกระบุผ่านการรวมตัวของไอโซโทปที่เสถียรเข้ากับมวลชีวภาพของพวกมัน เป็นหนึ่งในวิธีการที่ทรงพลังที่สุดในระบบนิเวศของจุลินทรีย์ เนื่องจากสามารถระบุจุลินทรีย์ที่ใช้งานอยู่และลักษณะทางสรีรวิทยาของพวกมัน (การใช้สารตั้งต้น ชีวเคมีของเซลล์ เมแทบอลิซึม การเจริญเติบโต การตาย) ในชุมชนที่ซับซ้อนภายใต้สภาพดั้งเดิม
โดยปกติแล้ว วิธี SIP ต้องใช้แรงงานคนจำนวนมากและอนุญาตตัวอย่างจำนวนเล็กน้อยเท่านั้น แต่เทคนิค LLNL ใหม่ต้องใช้แรงงานถึงหนึ่งในหกเมื่อเทียบกับ SIP แบบแมนนวล และช่วยให้สามารถประมวลผลตัวอย่างได้ 16 ตัวอย่างพร้อมกัน
Erin Nuccio นักวิทยาศาสตร์ของ LLNL และผู้เขียนบทความที่ปรากฏในวารสาร Microbiome กล่าวว่า "วิธีการกึ่งอัตโนมัติของเราช่วยลดเวลาของผู้ปฏิบัติงานและปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำโดยกำหนดเป้าหมายขั้นตอนที่ใช้แรงงานมากที่สุดของ SIP “ตอนนี้เราได้ใช้วิธีนี้ในการประมวลผลตัวอย่างมากกว่าพันตัวอย่าง รวมถึงบางส่วนจากที่อยู่อาศัยขนาดเล็กในดินที่ศึกษาน้อยมาก”
หนึ่งในที่อยู่อาศัยขนาดเล็กดังกล่าวคือดินที่อยู่รอบ ๆ เนื้อเยื่อของไมคอร์ไรซา ซึ่งเป็นเชื้อราชนิดหนึ่งที่สร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับ 72% ของพืชบกทั้งหมด เพื่อแลกกับคาร์บอนจากพืช เชื้อรา (เชื้อราอาร์บูคูลาร์ไมคอไรซา) จัดหาโฮสต์ของมันด้วยทรัพยากรที่จำเป็น เช่น ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และน้ำ
ในการศึกษาพิสูจน์แนวคิดนี้ ผู้เขียนได้แสดง "สายใยอาหาร" ของปฏิกิริยาที่กระตุ้นโดยเชื้อราไมคอไรซาในดิน
“เราคิดว่านี่เป็นเส้นทางหลักในการกระจายคาร์บอนของพืชสู่ดินในวงกว้าง ดินถือเป็นแหล่งรวมคาร์บอนอินทรีย์ที่หมุนเวียนมากที่สุดในโลก” เจนนิเฟอร์ เพตต์-ริดจ์ ผู้เขียนร่วมที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นหัวหน้าโครงการ LLNL และหัวหน้าสำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงาน “จุลินทรีย์คงอยู่” พื้นที่โฟกัสทางวิทยาศาสตร์ของไมโครไบโอมในดิน . "เราจัดลำดับดีเอ็นเอจำนวนเล็กน้อย กำหนดสิ่งมีชีวิตที่เคลื่อนไหว และสร้างจีโนมใหม่และปฏิสัมพันธ์ที่อาจเกิดขึ้น"
ผู้เขียน LLNL คนอื่นๆ ได้แก่ Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin รวมถึงนักวิจัยจาก Lawrence Berkeley National Laboratory, DOE Joint Genome Institute และ University of California, Berkeley