«В пищеварительном тракте термита у Вас есть несколько сотен различных видов микробов, которые живут в миллиметре друг друга. Мы знаем, что определенные микробы присутствуют в пищеварительном тракте, и мы знаем, что микробы ответственны за определенные функции, но до сих пор, у нас не было хорошего способа знать, какие микробы делают то, что», говорит Джаред Лидбеттер, преподаватель экологической микробиологии в Калифорнийском технологическом институте, в лаборатории которого была выполнена большая часть исследования. Он – также автор статьи о работе, издал неделю от 16 сентября в проблеме онлайн Слушаний Национальной академии наук (PNAS).
Acetogenesis – производство ацетата (источник пищи для термитов) от углекислого газа и водорода, произведенного пищеварительным трактом protozoa, поскольку они ломают распадающуюся древесину. В их исследовании, «кто делает какой и где», Leadbetter и его коллеги искали весь бассейн термита, потрошат микробы, чтобы определить определенные гены от организмов, ответственных за acetogenesis.Исследователи начали, просеяв через РНК микробов – генетическая информация, которая может обеспечить снимок генов, активных в определенный момент вовремя. Используя РНК из полного бассейна микробов пищеварительного тракта термита, они искали активно расшифрованную formate дегидрогеназу (FDH) гены, которые, как известно, закодировали белок, необходимый для acetogenesis.
Затем, использование метода назвало мультиплексную микрожидкую цифровую цепную реакцию полимеразы (цифровой PCR), исследователи изолировали ранее непринужденные отдельные микробы в крошечные отделения, чтобы определить фактические микробные разновидности, несущие каждый из генов FDH. Некоторые гены FDH были найдены в типах бактерий, известных как spirochetes – ранее предсказанный источник acetogenesis. Все же казалось, что они spirochetes один не могли составлять весь ацетат, произведенный в пищеварительном тракте термита.Первоначально, исследователи Калифорнийского технологического института были неспособны определить микроорганизм, выражающий единственный самый активный ген FDH в пищеварительном тракте.
Однако первые авторы на исследовании, Адам Розенталь, постдокторский ученый в биологии в Калифорнийском технологическом институте и Синьнин Чжан (доктор философии ’10, Наука об окружающей среде и Разработка), заметил, что этот ген более изобиловал частью извлечения пищеварительного тракта, содержащего деревянные куски и более крупные микробы, как простейшие животные. После анализа более короткого извлечения пищеварительного тракта они обнаружили, что единственный самый активный ген FDH был закодирован ранее непринужденной разновидностью от группы микробов, известных как deltaproteobacteria. Это было первыми доказательствами, что значительное количество ацетата в пищеварительном тракте может быть произведено non-spirochete.Поскольку гены от этого deltaproteobacterium были найдены в коротких твердых примесях в атмосфере пищеварительного тракта термита, исследователи думали, что, возможно, недавно определенный микроб свойственен поверхности одного из кусков.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи использовали метод визуализации, на который наносят цветную маркировку, названный гибридизацией флуоресцентная цепной реакцией гибридизация на месте или HCR-РЫБА.Техника – развитый в лаборатории Найлса Пирса, преподавателя прикладной и вычислительной математики и биоинженерии в Калифорнийском технологическом институте и соавтора на исследовании PNAS – позволила исследователям одновременно «рисовать» клетки, выражающие и активный ген FDH и ген, отождествляющий deltoproteobacterium с различными флуоресцентными цветами одновременно. «Эксперимент микрогидродинамики предложил, чтобы два цвета были выражены в том же самом месте и в той же самой крошечной клетке», говорит Лидбеттер.
И, действительно, они были. «Посредством этого подхода мы смогли на самом деле видеть, где новый deltaproteobacterium проживал. Как оказалось, клетки живут на поверхности очень конкретного производящего водород простейшего животного».Эта ассоциация между этими двумя организмами имеет смысл на основе того, что известно о сложной пищевой сети пищеварительного тракта термита, говорит Лидбеттер. «Здесь у Вас есть большая эукариотическая единственная клетка – простейшее животное – который делает водород, поскольку он ухудшает древесину, и у Вас есть эти намного меньшие потребляющие водород deltaproteobacteria, приложенные к его поверхности», говорит он. «Так, Эта новая acetogenic бактерия прижата к ее источнику водорода настолько близко, как это может добраться».
Эти интимные отношения, Лидбеттер говорит, никогда, возможно, не обнаруживались, полагаясь на филогенетический вывод – стандартный метод для соответствия функции к определенному организму. «Используя филогенетический вывод, мы говорим, ‘Мы знаем много о родственниках этого гипотетического организма, таким образом, никогда не видя организм, мы собираемся высказать предположения о том, с кем это связано», говорит он. «Но с методами в этом исследовании, мы нашли, что наше начальное предсказание было неправильным. Значительно, мы были в состоянии определить определенный ответственный организм и местоположение таинственного организма, оба из которых, кажется, чрезвычайно важны в потреблении водорода и превращении его в продукт, который может использовать насекомое».
Эти результаты не только определяют новый источник для acetogenesis в пищеварительном тракте термита – они также показывают ограничения создания предсказаний, базирующихся исключительно на филогенетических отношениях.