Ο νέος αυτόνομος βιοδειγματολήπτης θα ενισχύσει την επί τόπου παρακολούθηση υδάτινου μικροβιώματος
Η κλιματική αλλαγή και η απορροή θρεπτικών ουσιών ή ρύπων επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την ισορροπία των φυσικών μικροβιακών κοινοτήτων και θέτει σε κίνδυνο την περιβαλλοντική κατάσταση των οικοσυστημάτων. Για την αποτελεσματική παρακολούθηση αυτών των κοινοτήτων, απαιτείται γρήγορες, χαμηλού κόστους και αποτελεσματικές μέθοδοι δειγματοληψίας.
Ως απάντηση σε αυτό το αίτημα, η πρόσφατη μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό PLOS ONE από μια συνεργατική ομάδα από τους ερευνητές CIIMAR-UP και INESCT TEC παρουσιάζουν έναν νέο αυτόνομο βιοδειγματολήπτη που επιτρέπει τη συλλογή δειγμάτων μικροβιώματος in situ και τη διατήρηση του γενετικού τους υλικού για περαιτέρω μελέτη της ποικιλομορφίας και των λειτουργιών τους. Η μελέτη των θαλάσσιων μικροβιακών κοινοτήτων συνήθως περιλαμβάνει προκλητικές, υψηλού κόστους και χρονοβόρες διαδικασίες δειγματοληψίας που περιορίζουν τη συχνότητα συλλογής δεδομένων. Αυτή η πρόσφατη μελέτη παρουσιάζει έναν καινοτόμο in situ αυτόνομο βιοδειγματολήπτη (IS-ABS), μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για τη βελτίωση της χωρικής και χρονικής ανάλυσης της μικροπλαγκτονικής παρακολούθησης σε διαφορετικά υδάτινα περιβάλλοντα.
Όπως αναφέρθηκε από την Catarina Magalhães, ερευνήτρια του CIIMAR και επικεφαλής αυτής της μελέτης, «οι πλαγκτονικές μικροβιακές κοινότητες διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και των ανθρωπογενών επιπτώσεων, με άμεσες επιπτώσεις στην ασφάλεια των υδάτων, τη ρύθμιση της αλιείας και τη διαχείριση των υδάτινων σωμάτων. Σε αυτό το πλαίσιο, είναι απαραίτητο να επικεντρωθούμε στις ερευνητικές προσπάθειες που καταλήγουν στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την αυτόνομη παρακολούθηση των πλαγκτονικών μικροβιακών κοινοτήτων.»
Στην πραγματικότητα, οι πλαγκτονικές μικροβιακές κοινότητες είναι θεμελιώδεις για πολλές φυσικές διεργασίες των υδάτινων οικοσυστημάτων, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου της ροής των θρεπτικών ουσιών και της αποδόμησης και της ανακύκλωσης ανθρωπογενών οργανικών και ανόργανων ρύπων. Ωστόσο, οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής και η απορροή θρεπτικών ουσιών και ρύπων μπορούν να αλλάξουν την εμφάνιση μικροβιακών παθογόνων ή παραγωγών μικροβιακών τοξινών. Αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν την ισορροπία των φυσικών μικροβιακών κοινοτήτων και θέτουν σε κίνδυνο ολόκληρη την περιβαλλοντική κατάσταση του οικοσυστήματος. Σε αυτό το πλαίσιο, η βελτιωμένη παρακολούθηση του μικροβιακού πλαγκτόν είναι απαραίτητη για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αυτές οι κοινότητες ανταποκρίνονται στις περιβαλλοντικές αλλαγές που σχετίζονται με τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής ή την απορροή θρεπτικών ουσιών και ρύπων.
Το γενετικό υλικό τέτοιων μικροβιωμάτων, το περιβαλλοντικό DNA (eDNA), έχει χρησιμοποιηθεί ως νέο εργαλείο για την παρακολούθηση των υδάτινων συστημάτων, παρά το γεγονός ότι οι μεθοδολογίες βρίσκονται ακόμη σε εξέλιξη. Η παραδοσιακή μέθοδος για τη δειγματοληψία μικροπλαγκτόν περιλαμβάνει δαπανηρές και χρονοβόρες διαδικασίες, προάγει τη φθορά του δείγματος και αυξάνει τον κίνδυνο πιθανής μόλυνσης. Στη μελέτη που δημοσιεύεται τώρα στο PLOS ONE , ένα πρωτότυπο πεδίου (IS-ABS) που σχεδιάστηκε για την παρακολούθηση της ποικιλομορφίας και της σύνθεσης των πλαγκτονικών μικροβιακών κοινοτήτων αναπτύχθηκε και επικυρώθηκε συγκρίνοντας την απόδοσή του με μη αυτόματες τυποποιημένες μεθόδους.
Ο βιοδειγματολήπτης που αναπτύχθηκε σε αυτή τη μελέτη είναι ικανός να συλλαμβάνει σε πραγματικό χρόνο διαφορετικές κατηγορίες μικροπλαγκτού (από βακτήρια έως πρωτίστες) και να διατηρεί επί τόπου το γενετικό του υλικό (DNA/RNA) για περαιτέρω ανάλυση σε οικιακό εργαστήριο. Επιπλέον, είναι συμπαγής, εύκολη στη χρήση και ενσωματώνει μια εφαρμογή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κινητές συσκευές για τον προγραμματισμό των ρυθμίσεων δειγματοληψίας.
Ο Alfredo Martins από το INESC-TEC επισημαίνει τα πλεονεκτήματα του αυτόνομου βιοδειγματολήπτη που αναπτύχθηκε στη μελέτη. «Πιστεύουμε ότι η επιτυχής ανάπτυξη αυτού του πρωτοτύπου αυτόνομης δειγματοληψίας υδρόβιων μικροβιωμάτων, το αποτέλεσμα μιας διεπιστημονικής συνεργασίας μεταξύ INESC-TEC και CIIMAR, θα λύσει πολλούς περιορισμούς που σχετίζονται με τη χειροκίνητη δειγματοληψία και έτσι θα ενισχύσει τη χωροχρονική βιολογική παρακολούθηση μειώνοντας το κόστος και αύξηση της αποτελεσματικότητας.»
Ένα άλλο βασικό πλεονέκτημα του ανεπτυγμένου βιοδειγματολήπτη είναι η ελαχιστοποίηση των τεχνουργημάτων που σχετίζονται με το χειρισμό του δείγματος, μεγιστοποιώντας τις συνθήκες αποστείρωσης και επιτρέποντας σχεδόν την άμεση διατήρηση των βιολογικών δειγμάτων. Επιπλέον, με την ενσωμάτωση του βιοδειγματολήπτη σε διαφορετικά σταθερά ή κινητά συστήματα παρατήρησης νερού, θα είναι δυνατή η ουσιαστική αύξηση της ικανότητας βιολογικής παρακολούθησης μέσω μεγάλης κλίμακας και μεγάλης χρονικής διάρκειας μελετών της ποικιλότητας και των λειτουργιών των μικροβιακών κοινοτήτων.
Συνοπτικά, αυτός ο αυτόνομος βιοδειγματολήπτης αυτοματοποιεί τη διαδικασία συλλογής περιβαλλοντικού DNA και είναι κατάλληλος για ενσωμάτωση σε συστήματα παρατήρησης νερού, γεγονός που θα συμβάλει ουσιαστικά στην αύξηση της βιολογικής επιτήρησης. Επίσης, η χρήση πολύ ευαίσθητων γονιδιωματικών προσεγγίσεων επιτρέπει μια περαιτέρω μελέτη της ποικιλομορφίας και των λειτουργιών ολόκληρων ή συγκεκριμένων μικροβιακών κοινοτήτων. Ο βιοδειγματολήπτης αντιπροσωπεύει έναν νέο πόρο για ερευνητές που ενδιαφέρονται για μια πιο ακριβή μικροβιακή δειγματοληψία πλαγκτόν και είναι ειδικά σχεδιασμένος για χρήση όχι μόνο στην ωκεάνια έρευνα και παρακολούθηση, αλλά και στην παρακολούθηση παράκτιων, εκβολών ποταμών, ποταμών ή λιμνών περιβαλλόντων.
