利用微生物来解开大环境之谜

当你听说影响气候和环境的生物过程，如碳固定或氮循环，很容易将它们视为抽象和难以理解的大规模现象。然而，这些全行星过程的一部分实际上是由生物在各种生活规模上的有形行为驱动的，从最小的开始：生活在空气，土壤和水中的微生物。

因此，如果你想了解一个生态系统 - 无论是热带森林，农业区还是分水岭 - 如何面对自然和人为引起的变化，你需要了解该社区中的微生物是什么至。但是，如果你甚至在没有显微镜的情况下甚至看不到它们，你如何研究不同群体生物所扮演的角色?

最好的方法是查看他们的基因，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员开发了一种新的DNA分析技术，揭示了微生物群落非常有趣且以前难以研究的方面。基因组。

如mBio期刊所述，由Aindrila Mukhopadhyay领导的团队已经优化了现有的分离质粒的方法 - 小型DNA包可以使细菌等微生物迅速获得并共享基因。通常，这些与染色体分开的DNA分子编码能够在某些情况下赋予生存优势的功能。

“当你想了解一个微生物群落时，专注于他们的质粒可以让你了解社区想要保持移动的一系列功能，也许是因为他们需要定期，”伯克利高级科学家Mukhopadhyay说。实验室的生物系统和工程部门。而且由于微生物群落收集的基于质粒的基因(称为质粒组)对进化压力的响应变化比染色体基因快得多，因此观察这一组合的遗传信息库有助于科学家在此时刻构建生动的环境图景。时间。

“研究质粒就像在看某人的背包，看看他们在使用自己并可能与其他人分享时保持方便，”Mukhopadhyay详细阐述道。“说你看看里面找到一把雨伞。当时可能没有下雨，但雨伞表明它会不时下雨。”

然而，现有的DNA测序和分析技术使得很难将质粒组与微生物组样品中存在的庞大的染色体遗传密码文库分开。为了使这项工作更容易，该团队设计了一种方法来检测不同密度的细菌群落中不同大小的质粒，特别是地下水等极低密度环境。

经过精炼他们的方法后，科学家将其应用于橡树岭野外研究中心(ORFRC)不同井的地下水样本，该中心受到重金属污染。与ENIGMA合作的科学家- 一个致力于推进我们对复杂微生物群落的基本理解的多机构研究联盟 - 使用独特的ORFRC网站进行了许多研究。

研究人员很有兴趣发现这些样品含有数百种质粒，其中一些是质粒体研究中报道的最大质粒。此外，他们发现虽然细菌的类型和丰度在地下水样本中波动很大，但质粒通常相似。有趣的是，在样本中以最高频率发现的质粒编码了抗汞基因，但研究的地下水中没有可检测到的汞污染。这些基因的存在反映了该遗址的历史，并表明如果再次遇到汞，其微观居民就会准备好。

展望未来，该团队希望其他科学家能够使用他们的方法，其中的细节在论文中公开分享，以便对地球上各种有趣且有影响的微生物组(包括我们体内的微生物组)产生新的见解。

“随着我们研究越来越多的微生物组，我们获得了关键知识，最终可以用于操纵社区以获得某些好处，例如环境清理，污水处理或改善我们的健康。其他联邦政府资助的项目正在努力实现这些目标，我们的发现对他们的工作很有价值，“Mukhopadhyay说。“目前，大多数这些生物与实验生物非常不同，其功能和遗传学都有很好的记录，对新物种进行遗传处理是一项艰巨的任务。”

“但这些移动遗传包提供了一种自然地操纵这些生物的方法，”生物系统和工程部项目科学家Ankita Kothari补充道，该论文的主要作者。“因此，如果你想在分子水平上检查一个生态系统，而你需要遗传工具来做到这一点，答案可能已经在质粒组中了。”