伯克利实验室响应者的浪潮部署组学

在两年前墨西哥湾深水地平线漏油事件之后，采取了各种策略来防止490万桶轻质原油污染水域并到达海岸。劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一个研究小组的研究人员发现，大自然也在分散过程中发挥了作用，因为海洋微生物群落对油井羽流做出反应，油井羽状物从井口5000英尺深处进入水面。水。

“表面有油，下面有油，但两者之间没有油，”伯克利实验室生态系前任主管，现任田纳西大学橡树岭国家实验室主任主席的微生物学家Terry Hazen说。在漏油事件发生几个月后发布的一份报告中，Hazen的团队报告说，水中的微生物是造成石油消失的部分原因。虽然一些研究已经证实各种微生物在海湾地区的石油分散中发挥了作用，但直到现在才了解微生物群落的组成及其成员的作用尚未完全实现。

为了更多地了解微生物群落对漏油事件的反应，伯克利实验室资深科学家Janet Jansson领导的研究人员利用了两个实验室的国家用户设施 - 美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的专业知识和资源。和高级光源(ALS)。实验室灾难响应团队所做的工作证明了欧内斯特劳伦斯对团队科学的开创性愿景。该研究结果发表在两篇独立的文章中，追踪了一系列微生物物种，这些物种在不同时间点在水域中占主导地位，以去除不同比例的油。

正如2012年6月21日在ISME期刊上发表的一篇文章所报道的那样，该团队描述了使用基因组学技术的组合来研究微生物对石油流入的反应方式。他们专注于社区表达的功能信息或metatranscriptome。此外，他们分离出单个细胞以识别深海油羽中的主要微生物成员。使用后一种技术，他们能够组装一个他们所说的第一个来自单个细胞的深海食油细菌的基因组草图。

在由能源生物科学研究所(EBI)资助的一个项目中，Jansson的博士后研究员Olivia Mason收集了距离井口1.5公里和11公里的深水地平线溢油期间出现的油羽的深水样本，并通过一个团队对样本进行了分析。科学家们回到了伯克利实验室。Mason从样品和DOE JGI中提取DNA和RNA，微生物项目主管Tanja Woyke和Metagenome项目负责人Susannah Tringe领导的研究人员对样品进行深度测序，为每个样品生成数十亿个数据库。梅森分析了所得到的宏基因组(DNA)和元转录组(RNA)序列，揭示了碳氢化合物降解等功能的基因。数据分析揭示了大量参与烷烃降解的基因，以及参与芳香族化合物降解的基因。DOE JGI微生物计划负责人Tanja Woyke的一个单独小组致力于分离和测序三个细胞Oceanospirillales细菌，其中两个能够共同组装成草图基因组。

梅森随后搜查了一个已知涉及分解碳氢化合物途径的微生物蛋白质数据库。结果表明，响应羽流的微生物主要是海洋螺旋体细菌，能够分解环己烷。

Jansson说，结果表明，一系列微生物对石油泄漏起了作用，降解了不同的馏分。“我认为我们所看到的是这些社区成员的浪潮，众所周知，这种情况发生在海洋中。当我们在溢油历史的早期采样时，我们可能会出现大量的烷烃降解物。在后来的探险中，他们发现了甲烷降解物或丙烷降解物，这表明社区和他们的财产有继承，“她说。

Jansson及其同事在2012年5月23日发表于环境微生物学的另一项研究报告中模拟了他们假设的结果。。研究人员使用来自海湾的未受污染的水模拟了油羽情景，该海水补充了溢油期间收集的油和分散剂。该团队在DOE JGI进行了DNA测序，以监测导致碳氢化合物分解的微生物群落的组成。在伯克利实验室的高级光源(DOE科学办公室支持的设施，提供光束线 - ALS红外光束线1.4)的帮助下，还研究了“絮凝物”，微生物，油和油降解产物簇的分布。红外光谱非常适合单独或小组研究活细菌。“目的是在实验室中丰富墨西哥湾的天然深海细菌，以便我们研究它们，”她说，来自油富集的Colwellia细菌具有与从油羽中报道的序列相似的序列相似性。

然而，由于使用单细胞测序进行测序的Oceanospirillales微生物仍未开垦，Jansson说，进一步的研究，例如在第二项研究中进行的研究，必须等到可以获得分离物。与此同时，研究人员采取的一个方向是对深水地平线溢油期间和之后在石油钻井平台附近采集的沉积物样品和天然油渗漏的沉积物样品进行宏基因组分析。

Jansson表示，通过与DOE JGI合作获得的宏基因组，元转录组学和单细胞测序技术相结合，为研究结果提供了独特的全面视角。“当我们将RNA与DNA进行比较时，我们看到某些化合物在相同种类的基因中富集。例如，用于降解环己烷的基因在羽流中非常丰富并且它们被表达。必须有表达数据，因为没有它，DNA可能在那里，但我们不知道是否有任何相关的功能活动，“她说。“这显示了您采集样品的时间和地点的实际情况。我们发现基因在那里，特定类别的基因高度表达，

ISME期刊报道的工作得到了加州大学伯克利分校能源生物科学研究所(EBI)的支持。EBI是由加州大学伯克利分校领导的合作伙伴关系，包括由英国石油公司资助的伯克利实验室和伊利诺伊大学。环境微生物学报道的工作得到了EBI和丹麦研究理事会的支持。