Новое устройство исследует поведение микробов в нужном масштабе
Морские микробы играют важную роль в продуктивности и функционировании океанов, но учёные, изучающие их поведение, сталкиваются со многими проблемами.
Традиционные океанографические приборы отбирают пробы больших объёмов морской воды (до десятков литров), в то время как микробные взаимодействия происходят в микролитровом масштабе.
Инженеры и микробиологи из Австралии, США и Швейцарии создали уникальное партнёрство, чтобы преодолеть эти ограничения. Команда разработала устройство, позволяющее микробным экологам исследовать поведение микробов в их естественной среде.
Новое устройство использует последние достижения в области микрофабрикации и микрофлюидных технологий, что также открывает ряд возможностей для биомедицинских исследований и биомониторинга качества воды. Разработка, тестирование и первые полевые результаты устройства, известного как In Situ Chemotaxis Assay (ISCA), опубликованы в Nature Microbiology.
«До сих пор не было способа исследовать поведение морских микробов по отношению к определённым химическим веществам in situ», — говорит морской микробиолог и соавтор исследования доктор Жан-Батист Рейна.
Доктор Рейна из Climate Change Cluster в Университете технологий Сиднея (UTS) отмечает, что, подобно тому, как некоторых людей привлекает запах еды или духов, микробов привлекают определённые химические вещества.
«Это поведение называется хемотаксис, и оно важно, потому что морская вода неоднородна. Микромир, в котором обитают микробы, невероятно пёстрый, ряд процессов приводит к образованию "горячих точек" питательных веществ, и именно в этих микроокружениях происходят все микробные взаимодействия».
Инженер MIT Бен Ламберт, также соавтор работы, говорит: «С помощью ISCA мы действительно открываем дверь для исследования этого поведения в естественной среде. Наши первоначальные результаты показали, что хемотаксис действительно происходит среди морских микробов, и это подтверждает многолетние лабораторные эксперименты и гипотезы, выдвинутые относительно такого поведения в океане».
ISCA — одно из первых экспериментальных устройств, сочетающих микроинженерию с геномным и химическим анализом в естественной среде. Одноразовое устройство размером с банковскую карту изготовлено из инертных материалов и состоит из микролитровых резервуаров. Их можно заполнить различными химическими веществами, которые затем диффундируют в окружающую морскую воду.
Микробы могут реагировать на определённое химическое вещество, используя хемотаксис, чтобы заплыть в резервуар. Исследователи могут извлечь содержимое резервуара и подсчитать, сколько микробов отреагировало на данное вещество, а также определить их идентичность и функцию.
Профессор Роман Штокер, пионер в области экологических микрофлюидных технологий, говорит, что устройство использует преимущества быстрого прогресса в области 3D-печати и спроектировано так, чтобы быть надёжным, простым в изготовлении и использовании.
«Это означает, что оно будет доступно широкому кругу пользователей и не требует обширного обучения. Это критически важный аспект дизайна, если мы надеемся на широкое внедрение учёными из разных областей», — говорит он.
Авторы считают, что благодаря простоте использования и дизайну, позволяющему преодолеть разрыв между химией водной среды и микробиологией с помощью наблюдений in situ, устройство вызовет значительный интерес у широкого научного сообщества.
Доцент Джастин Сеймур говорит, что «этот инновационный инструмент поможет изменить наше восприятие микробных процессов в различных водных средах».
«Мы считаем, что его применение поможет ответить на фундаментальные вопросы микробной океанографии. Он также потенциально может быть полезен в других областях, включая мониторинг качества воды и поиск организмов, которые могут помочь в усилиях по биоремедиации», — говорит он.