Stabil-isotop sondering

Stable-isotope probing ( SIP ) är en teknik inom mikrobiell ekologi för att spåra upptag av näringsämnen i biogeokemisk kretslopp av mikroorganismer. Ett substrat berikas med en tyngre stabil isotop som konsumeras av organismerna som ska studeras. Biomarkörer med de tyngre isotoper inkorporerade i dem kan separeras från biomarkörer som innehåller den mer naturligt förekommande lättare isotopen genom isopycnic centrifugering . Till exempel ¹³ CO ₂ användas för att ta reda på vilka organismer som aktivt fotosyntetiserar eller konsumerar nytt fotosyntat. Som biomarkör separeras DNA med ^{13 C sedan från DNA med}¹² C genom centrifugering. Sekvensering av DNA:t identifierar vilka organismer som konsumerade befintliga kolhydrater och vilka som använde kolhydrater som nyligen framställts från fotosyntes. SIP med ¹⁸ O-märkt vatten kan användas för att ta reda på vilka organismer som aktivt växer, eftersom syre från vatten inkorporeras i DNA (och RNA) under syntesen.

När DNA är biomarkören kan SIP utföras med isotopiskt märkt C, H, O eller N, även om ¹³ C används oftast. Densitetsförskjutningen är proportionell mot förändringen i densitet i DNA:t, som beror på skillnaden i massa mellan de sällsynta och vanliga isotoperna för ett givet grundämne, och på mängden grundämnen i DNA:t. Till exempel är skillnaden i massa mellan ¹⁸ O och ¹⁶ O (två atommassenheter) dubbelt så stor som mellan ¹³ C och ¹² C (en atommassaenhet), så inkorporering av ¹⁸ O i DNA kommer att orsaka en större densitetsförskjutning per atom än kommer inkorporering av ¹³ C. Omvänt innehåller DNA nästan dubbelt så många kolatomer (11,25 per bas, i genomsnitt) som syreatomer (6 per bas), så vid motsvarande märkning (t.ex. 50 atomprocent 13 C ^eller 18 ^O ) , DNA märkt med ¹⁸ O kommer bara att vara något mer tät än DNA helt märkt med ¹³ C. På samma sätt är kväve mindre rikligt i DNA (3,75 atomer per bas, i genomsnitt), så en svagare DNA flyttäthetsförskjutning observeras med ¹⁵ N - kontra ¹³ C-märkta eller ¹⁸ O-märkta substrat. Större flyttäthetsförskjutningar observeras när flera isotopspårare används. Eftersom densitetsförskjutningar som en förutsägbar funktion av förändringen i massa orsakad av isotopassimilering, kan stabil isotopsondering modelleras för att uppskatta mängden isotopinkorporering, en metod som kallas kvantitativ stabil isotopprobing (qSIP), som har tillämpats på mikrobiella samhällen i jordar, marina sediment och sönderfallande löv för att jämföra tillväxthastigheter och substratassimilering mellan olika mikrobiella taxa.

Se även

Stabil isotopmärkning av aminosyror i cellkultur

^ Dumont MG, Murrell JC (juni 2005). "Stabil isotopsondering - kopplar mikrobiell identitet till funktion". Naturrecensioner. Mikrobiologi . 3 (6): 499-504. doi : 10.1038/nrmicro1162 . PMID 15886694 . S2CID 24051877 .
^ Neufeld JD, Dumont MG, Vohra J, Murrell JC (april 2007). "Metodologiska överväganden för användning av stabil isotopsondering i mikrobiell ekologi". Mikrobiell ekologi . 53 (3): 435–42. doi : 10.1007/s00248-006-9125-x . PMID 17072677 . S2CID 9417066 .
^ Radajewski S, Ineson P, Parekh NR, Murrell JC (februari 2000). "Stallisotopsondering som ett verktyg i mikrobiell ekologi". Naturen . 403 (6770): 646–9. Bibcode : 2000Natur.403..646R . doi : 10.1038/35001054 . PMID 10688198 . S2CID 4395764 .
^ Schwartz E (februari 2007). "Karakterisering av växande mikroorganismer i jord genom stabil isotopundersökning med H ₂¹⁸ O" . Tillämpad och miljömikrobiologi . 73 (8): 2541–2546. doi : 10.1128/AEM.02021-06 . PMC 1855593 . PMID 17322324 . S2CID 18653420 .
^ Cupples AM, Shaffer EA, Chee-Sanford JC, Sims GK (2007). "DNA flytande densitet skiftar under 15N-DNA stabil isotopsondering" . Mikrobiologisk forskning . 162 (4): 328–34. doi : 10.1016/j.micres.2006.01.016 . PMID 16563712 .
^ Hungate, Bruce A.; Mau, Rebecca L.; Schwartz, Egbert; Caporaso, J. Gregory; Dijkstra, Paul; van Gestel, Natasja; Koch, Benjamin J.; Liu, Cindy M.; McHugh, Theresa A.; Marks, Jane C.; Morrissey, Ember M. (2015). Schloss, PD (red.). "Kvantitativ mikrobiell ekologi genom stabil isotopundersökning" . Tillämpad och miljömikrobiologi . 81 (21): 7570–7581. doi : 10.1128/AEM.02280-15 . ISSN 0099-2240 . PMC 4592864 . PMID 26296731 .
^ Starr, Evan P.; Shi, Shengjing; Blazewicz, Steven J.; Koch, Benjamin J.; Probst, Alexander J.; Hungate, Bruce A.; Pett-Ridge, Jennifer; Firestone, Mary K.; Banfield, Jillian F. (2021). "Stabil-isotop-informerad, genom-upplöst metagenomik avslöjar potentiella interaktioner mellan riket i jord med jord i rhizosfären" . mSphere . 6 (5): e0008521. doi : 10.1128/msphere.00085-21 . PMC 8550312 . PMID 34468166 . S2CID 237373088 .
^ Coskun, Ömer K.; Özen, Volkan; Wankel, Scott D.; Orsi, William D. (2019). "Kvantifiera populationsspecifik tillväxt i bentiska bakteriesamhällen under låg syrehalt med hjälp av H218O" . ISME Journal . 13 (6): 1546–1559. doi : 10.1038/s41396-019-0373-4 . ISSN 1751-7370 . PMC 6776007 . PMID 30783213 .
^ Hayer, Michaela; Schwartz, Egbert; Marks, Jane C.; Koch, Benjamin J.; Morrissey, Ember M.; Schuettenberg, Alexa A.; Hungate, Bruce A. (2016). "Identifiering av växande bakterier under nedbrytning av strö i sötvatten genom kvantitativ stabil isotopsondering" . Miljömikrobiologirapporter . 8 (6): 975–982. doi : 10.1111/1758-2229.12475 . ISSN 1758-2229 . PMID 27657357 .

Vidare läsning

Berry D, Loy A (december 2018). "Probing av stabil isotop av mänsklig och djurs mikrobiomfunktion" . Trender inom mikrobiologi . 26 (12): 999–1007. doi : 10.1016/j.tim.2018.06.004 . PMC 6249988 . PMID 30001854 .
Egert M, Weis S, Schnell S (oktober 2018). "RNA-baserad stabil isotopsondering (RNA-SIP) för att reda ut interaktioner mellan tarmvärd och mikrob". Metoder . San Diego, Kalifornien 149 : 25–30. doi : 10.1016/j.ymeth.2018.05.022 . PMID 29857194 . S2CID 46924270 .
Jiang B, Jin N, Xing Y, Su Y, Zhang D (november 2018). "Utreda oodlingsbara bekämpningsmedelsnedbrytare via stabil isotopsondering (SIP)" ( PDF) . Kritiska recensioner inom bioteknik . 38 (7): 1025–1048. doi : 10.1080/07388551.2018.1427697 . PMID 29385846 . S2CID 1218065 .
Wegener G, Kellermann MY, Elvert M (oktober 2016). "Spåra aktivitet och funktion hos mikroorganismer genom stabil isotopundersökning av membranlipider" . Aktuell åsikt inom bioteknik . 41 : 43–52. doi : 10.1016/j.copbio.2016.04.022 . PMID 27179643 .

[Dumont_2005-1] Dumont MG, Murrell JC (juni 2005). "Stabil isotopsondering - kopplar mikrobiell identitet till funktion". Naturrecensioner. Mikrobiologi . 3 (6): 499-504. doi : 10.1038/nrmicro1162 . PMID 15886694 . S2CID 24051877 .

[Neufeld_2007-2] Neufeld JD, Dumont MG, Vohra J, Murrell JC (april 2007). "Metodologiska överväganden för användning av stabil isotopsondering i mikrobiell ekologi". Mikrobiell ekologi . 53 (3): 435–42. doi : 10.1007/s00248-006-9125-x . PMID 17072677 . S2CID 9417066 .

[radajeweksi-3] Radajewski S, Ineson P, Parekh NR, Murrell JC (februari 2000). "Stallisotopsondering som ett verktyg i mikrobiell ekologi". Naturen . 403 (6770): 646–9. Bibcode : 2000Natur.403..646R . doi : 10.1038/35001054 . PMID 10688198 . S2CID 4395764 .

[schwartz-4] Schwartz E (februari 2007). "Karakterisering av växande mikroorganismer i jord genom stabil isotopundersökning med H ₂¹⁸ O" . Tillämpad och miljömikrobiologi . 73 (8): 2541–2546. doi : 10.1128/AEM.02021-06 . PMC 1855593 . PMID 17322324 . S2CID 18653420 .

[Cupples_2007-5] Cupples AM, Shaffer EA, Chee-Sanford JC, Sims GK (2007). "DNA flytande densitet skiftar under 15N-DNA stabil isotopsondering" . Mikrobiologisk forskning . 162 (4): 328–34. doi : 10.1016/j.micres.2006.01.016 . PMID 16563712 .

[6] Hungate, Bruce A.; Mau, Rebecca L.; Schwartz, Egbert; Caporaso, J. Gregory; Dijkstra, Paul; van Gestel, Natasja; Koch, Benjamin J.; Liu, Cindy M.; McHugh, Theresa A.; Marks, Jane C.; Morrissey, Ember M. (2015). Schloss, PD (red.). "Kvantitativ mikrobiell ekologi genom stabil isotopundersökning" . Tillämpad och miljömikrobiologi . 81 (21): 7570–7581. doi : 10.1128/AEM.02280-15 . ISSN 0099-2240 . PMC 4592864 . PMID 26296731 .

[7] Starr, Evan P.; Shi, Shengjing; Blazewicz, Steven J.; Koch, Benjamin J.; Probst, Alexander J.; Hungate, Bruce A.; Pett-Ridge, Jennifer; Firestone, Mary K.; Banfield, Jillian F. (2021). "Stabil-isotop-informerad, genom-upplöst metagenomik avslöjar potentiella interaktioner mellan riket i jord med jord i rhizosfären" . mSphere . 6 (5): e0008521. doi : 10.1128/msphere.00085-21 . PMC 8550312 . PMID 34468166 . S2CID 237373088 .

[8] Coskun, Ömer K.; Özen, Volkan; Wankel, Scott D.; Orsi, William D. (2019). "Kvantifiera populationsspecifik tillväxt i bentiska bakteriesamhällen under låg syrehalt med hjälp av H218O" . ISME Journal . 13 (6): 1546–1559. doi : 10.1038/s41396-019-0373-4 . ISSN 1751-7370 . PMC 6776007 . PMID 30783213 .

[9] Hayer, Michaela; Schwartz, Egbert; Marks, Jane C.; Koch, Benjamin J.; Morrissey, Ember M.; Schuettenberg, Alexa A.; Hungate, Bruce A. (2016). "Identifiering av växande bakterier under nedbrytning av strö i sötvatten genom kvantitativ stabil isotopsondering" . Miljömikrobiologirapporter . 8 (6): 975–982. doi : 10.1111/1758-2229.12475 . ISSN 1758-2229 . PMID 27657357 .