Bilim adamları “mikrobiyal karanlık madde” veya “ekilmemiş mikrobiyal çoğunluk” hakkında konuştuklarında, bildiğimiz mikropların ezici çoğunluğuna atıfta bulunurlar (bunları metagenomlarda veya 16S rRNA gen amplikon çalışmalarında tespit edebiliriz), ancak şimdiye kadar laboratuvarda büyümemişlerdir. Onlarca yıl süren araştırmalara rağmen, çoğu çevre mikrop eklenmez. Bu, onlar hakkında gerçekten öğrenebileceğimizi sınırlar: fizyolojileri, etkileşimleri ve ekolojik önemleri.
Yeni gazetemizde Doğa İletişimibu ekilmemiş mikrobiyal çoğunluğun bir kısmını laboratuvara getirmek için yola çıktık. Dikkatli tasarlanmış yapay ortamlarla yüksek verimli seyreltme-tazitasyon yetiştiriciliği kullanarak izole ettik 627 Aksenik Suşlar 14 Orta Avrupa gölünden tatlı su mikropları. Alınan çeşitlilik, kamu kültürü koleksiyonlarında çok az temsil edilen en bol tatlı su cinslerinin çoğunu ve daha önce hiç yetiştirilmemiş birçok taksonu içermektedir. Koleksiyonumuz Suşlar En bol tatlı su bakteri cinsinden 15'i, Cinslerin% 72'si Orijinal numunelerde tespit edildi (ortalama%40) ve küresel tatlı su sistemlerinde yaygın olan anahtar soyları kapsayan.
Sucul bakterilerin (sol taraf), metagenomik sekanslama (sağ taraf) ve ekogenomik analizlerin (alt) izolasyonu için iş akışı. Kaynak: Salcher ve ark. (2025) Doğa İletişimi 167971.
Genomlar neden yeterli değil
Son 15 yılda, metagenomik mikrobiyolojiyi dönüştürdü. Artık genomları (metagenom birleştirilmiş genomları, IE MAG'ları) doğrudan çevresel DNA'dan yeniden yapılandırabilir, metabolik yolları yeniden yapılandırabilir ve elinde bir kültür olmadan evrimsel geçmişleri çıkarabiliriz. Bu yaklaşımlar inanılmaz derecede güçlüdür, ancak sınırlamaları da vardır. Metagenomlar metabolik potansiyelin anlık görüntülerini sağlar, yani bize ne mikrop olabilir Yapın, ama doğal koşullar altında gerçekte veya ne zaman yapıp yapmadığını değil. Ayrıca, birçok gen zayıf açıklamalıdır veya bilinmeyen işlevlere sahiptir. Ve ekili temsilciler olmadan hipotezleri deneysel olarak test edemeyiz, büyüme, metabolizmayı veya fizyolojik sınırları ölçemeyiz. Dahası, sadece aksenik kültürler, gerinim seviyesi mikrodiversity'yi incelememizi sağlar1çünkü mags her zaman doğada bir arada bulunan birçok yakından ilişkili suşun bileşik bir montajıdır.
Bu nedenle ekim hala gereklidir Genler ve fonksiyonlar arasındaki döngüyü kapatma. Genomik verilerden tahminleri doğrulayan ve modelleri rafine eden deneyler yapmamızı sağlar.2. Ve en önemlisi, bize diğer araştırmacıların dünya çapında çalışabileceği fiziksel referans suşları veriyor.
Mondsee (sol) ve Attersee (sağ; Schafberg, Avusturya'nın tepesinden görüldü), birçok yeni mikrop izole ettiğimiz göllerden ikisi. Resim Kredisi: M. Salcher
“Kültürsüz” mikroplar nasıl yetiştirilir
Neden bu kadar çok mikrop kültürsüz? Kısmen geleneksel mikrobiyoloji yöntemleri, besin açısından zengin koşullarda gelişen hızlı büyüyen türlere karşı önyargılı olduğundan, “copiotroflar” dediğimiz organizmalar. Ancak göller ve okyanuslar gibi doğal ortamlarda, birçok baskın mikrop oligotroflar: Yavaş büyüyen organizmalar son derece düşük besin konsantrasyonlarına uyarlanmıştır. Bu oligotroflar besin açısından zengin ortamlarda veya agar plakalarında büyümez (neden olsun? Doğada serbest yaşam ve planktoniktirler), diğer bilinmeyen büyüme gereksinimlerinin yanı sıra.
Büyüyen oligotrofların sırrı prensipte basit ama pratikte zor: doğal çevrelerini yeniden yaratmalıyız. Çalışmamızda kullandık Seyreltme-Tazminat Teknikleri Göl su kimyasını yakından taklit eden tanımlı ortam ile. Besin konsantrasyonlarını düşürerek ve çok iyi plakalarda tek hücreleri izole ederek rekabeti azalttık ve yavaş yetiştiricilerin gelişme şansına izin verdik. Bu yaklaşım oldukça iyi çalıştı. En bol tatlı su cinsine ait suşları kurtardık (örneğin, tatlı su SAR11 cinsi Fontibacterium– Planktophila– Metilopumilus) ve sadece alfanümerik yer tutucu isimleri tarafından bilinen birçoğu (örn., ACIV, MWHUNIP1)3,4.
Öyleyse neden daha fazla bilim adamı seyreltme için seyreltme yetiştiriciliği kullanmıyor? Bu uzun vadeli bir süreç ve 96 oyuklu bir plaka yükleyicisine sahip bir akış sitometresi gibi yarı otomatik iş akışlarıyla bile hala çok zahmetli. 6.000'den fazla kuyu gösterdik ve ~ 600 saf kültürle sonuçlanmak için 1'200'den fazla PCR yaptık. Tüm bu kültürlerden hala büyük bir kısmı, hedeflenen bol oligotroflar değil, copiotroflardı ve aynı cinsleri tekrar tekrar elde ettik. Sonunda, bir sayı oyunu, ne kadar çok izole ederseniz, gerçekten ilginç bir şey geliştirme şansı o kadar yüksek olur. Ayrıca, ekim yavaş iştir: bu yavaş yetiştiricilerin taranması ve yükseltilmesi zaman aldığından, genomların elde edilmesi en az 6-10 ay aldı. Öte yandan mags, örneklemeden hemen sonra dizilebilir ve bindirilebilir. Son olarak, ekim çalışması, bazen suşlar birkaç transferden sonra bilinmeyen nedenlerle büyümeyi bıraktığından ve kriyostock'lardan yeniden canlandırılamadığı için kültürleri kirletme veya kaybetme riski yüksektir.
Sol: Yapay göl su ortamı ile doldurulmuş 96 oyuklu plakalarla seyreltme-yok etme izolasyonu için hazırlık. Sağ: 15 ml tüplerde yetiştirilen kültür koleksiyonunun bir kısmı. Resim Kredisi: M. Salcher
Ne bulduk – daha büyük resim
Kültür koleksiyonumuzun 87 suşunu hazırladık ve tarif ettik İki yeni aile, dokuz yeni cins ve 41 yeni tür. Birçoğunun aerodinamik genomları olan oligotrofik yaşam tarzlarının ayırt edici özelliği vardı. Genom sekanslaması ayrıca yüksek çeşitliliği yaşam tarzı ve metabolik yolları ortaya çıkarmıştır.
Belki de işimizin en önemli sonucu kültür koleksiyonunun kendisi. Bu suşlar artık ekolojik teorileri test etmek, mikrobiyal etkileşimleri incelemek ve biyojeokimyasal döngülerdeki fonksiyonel rolleri keşfetmek için model organizmalar olarak daha ileri çalışmalar için mevcuttur. Bunu yaparken, sadece mikrobiyal çeşitlilik anlayışımızı genişletmekle kalmıyor, aynı zamanda göllerin karbon ve besin maddelerini nasıl mikrobiyal toplulukların iklim değişikliğine nasıl tepki verdiğine nasıl döngüde bulunduğundan hitap eden ekolojik soruları ele almak için gereken deneysel temel oluşturuyoruz.
Hem bol hem de ekolojik olarak alakalı organizmalar geliştirerek, yeni bir deneysel tatlı su mikrobiyolojisi dalgası sağlamayı umuyoruz. Tıpkı deniz Sar11 klonu gibi (Pelagibacter) kültürlendikten sonra deniz mikrobiyolojisinin temel taşı oldu5suşlarımız şimdi Dünya çapında tatlı su gölleri için referans sistemleri. Yetiştirme genellikle “eski moda mikrobiyoloji” olarak görülür. Ancak bu çalışmanın gösterdiği gibi, modern genomiklerin önemli bir tamamlayıcısı olmaya devam ediyor. DNA verileri ve canlı hücreler arasındaki boşluğu doldurarak, Orada ne var ile Nasıl Çalışır.
Referanslar:
1. Layoun ve ark. (2024) Tatlı su ve denizde esnek genomik ada koruması Metilophilaceae. Isme J. 18WRAD036. https://doi.org:10.1093/ismejo/wrad036
2. Fernandes ve ark. (2025) Tatlı su SAR11-IIIB cinsinin ekofizyolojisi ve küresel dağılımı Fontibacterium. Nat. Mikrobiol. https://doi.org:10.1038/s41564-025-02091-8
3. Newton ve ark. (2011) Tatlısu Gölü Bakterilerinin Doğal Tarihi Kılavuzu. Mikrobiol. Mol. Biol. R. 7514-49. https://doi.org:10.1128/mmbr.00028-10
4. Chiriac, Haber ve Salcher (2023) Pelajik tatlı su mikroplarında uyarlanabilir genetik özellikler. Çevre. Mikrobiol. 25606-641. https://doi.org:https://doi.org/10.1111/1462-2920.16313
5. Giovannoni (2017) SAR11 bakterileri: Okyanuslardaki en bol plankton. Ann. Rev. Mar. Sci. 9231-255. https://doi.org:doi:10.1146/annurev-marine-010814-015934
Bir yanıt yazın