Экофизиология анаэробных фототрофных бактерий: Поглощение15N и 13C
В данной статье показана способность
NanoSIMS анализировать экофизиологическую роль отдельных клеток, в том числе менее распространенных и менее активных микробов без их культивирования.
Отдельные клетки анаэробных фототрофных бактерий Chromatium okenii, Lamprocystis purpurea и Chlorobium clathratiforme, обитающих в олиготрофном меромиктическом озере Каданьо (расслоенное озеро в Альпийских горах Швейцарии) были исследованы на способность поглощения H13CO3- и 15NH4+. Пробы воды с глубины 11,5 метров были собраны после добавления аммония 15N бикарбоната 13C в условиях освещения и температуры in situ. После инкубации образцы были гибридизированы HRP-мечеными олигонуклеотидными зондами, направленными на специфичные регионы 16S рРНК трех бактерий. Фильтры были проанализированы при помощи NanoSIMS сразу после осаждения фторсодержащих тирамидов.
После каждого сбора данных были параллельно записаны
изображения
12C,
13C,
19F,
12C
14N,
12C
15N.Исследуемые области показаны вокруг отдельных клеток, сумма интенсивности пикселей в которых складывается, а затем рассчитывается, их соотношение.
Изображения
19F — это элементные изображения методом флуоресцентной гибридизации in situ, указывающие на филогенетический ряд, изображения соотношения
13C/
12C и
15N/
14N измеряют метаболическую активность.
A: линия отображает теоретическое соотношение «Редфильда» C:N 6,6
B: Вклад в общий аммоний
C: Вклад в общий растворенный неорганический углерод и ассимиляция в системе каждой популяции
Для расчета общего поглощения азота и углерода принимается во внимание абсолютная численность каждой бактерии согласно методу CARD-FISH (флуоресцентной гибридизации in situ на доменах активации и рекрутирования)
Замечена большая изменчивость в интенсивности обмена отдельных клеток одной бактерии. Микробная популяция в среде является разнородной, состоящей из физиологически разных бактерий.
Наименее распространенная бактерия (всего 0,3 % от общего числа клеток) C. оkenii поглощает около 50 % аммония и углерода в системе. Это указывает на значимость незаметных микробов в углеродно-азотном цикле окружающей среды.
Объединив эксперимент изотопной инкубации с филогенетической маркировкой (in situ, элементная или флуоресцентная в оптическом микроскопе),
NanoSIMS позволяет микробиологам
подсчитать метаболическую активность и взаимодействие отдельных микробов в своей среде без культивирования.
Источник: A single cell view on the ecophysiology of anaerobic phototrophic bacteria. Н. Мусат (N. Musat) и соавт., журнал «PNAS», 18 ноября 2008 г., вып. 105, № 46.